JPWO2018235231A1 - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
支持基板10と、該支持基板10上に配置され、第1の半導体層21の上方に発光層22を介して第2の半導体層23を含んだ積層構造を有する発光素子20と、支持基板10上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして配置され、積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体100Aとを備える。A support substrate 10, a light emitting element 20 having a laminated structure including a second semiconductor layer 23 disposed on the support substrate 10 and having the light emitting layer 22 above the first semiconductor layer 21, and the support substrate 10. The upper peripheral portion is provided so as to cover the peripheral portion of the light emitting element 20, and is provided with a frame 100A which is penetrated so as to expose the outermost surface of the laminated structure.
Description
本発明は、チップサイズパッケージの技術を適用した発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device to which a chip size package technology is applied.
発光ダイオード(LED)などの発光素子を光源に用いる発光装置においては、発光効率の向上や小型化のために、チップサイズパッケージ(Chip Size Package:CSP)構造が適用されている(例えば、特許文献1−3参照。)。また、極小サイズの半導体発光装置を実現するために、発光素子を構成する半導体層の形成に使用された半導体基板を半導体層から分離し、半導体層を樹脂などのパッケージに封入した構造の開発が進められている。 In a light emitting device using a light emitting element such as a light emitting diode (LED) as a light source, a chip size package (CSP) structure is applied for improvement of light emission efficiency and miniaturization. 1-3). Also, in order to realize a semiconductor light emitting device of extremely small size, development of a structure in which the semiconductor substrate used to form the semiconductor layer constituting the light emitting element is separated from the semiconductor layer and the semiconductor layer is sealed in a package such as resin It is in progress.
CSPを適用した発光装置では、発光素子に接続する電極が、光取り出し面とは反対の面に配置される。このため、光取り出し面の方向に発光素子の出射光を遮蔽するものがなく、発光装置の発光効率が向上する。 In a light emitting device to which CSP is applied, an electrode connected to a light emitting element is disposed on the surface opposite to the light extraction surface. For this reason, there is nothing to shield the light emitted from the light emitting element in the direction of the light extraction surface, and the light emission efficiency of the light emitting device is improved.
しかしながら、CSPを適用した発光装置においては、半導体基板を分離させた半導体層の、光取り出し面に透明樹脂を使用することが多いため、パッケージ全体の機械的強度が低い。その結果、発光装置を製品基板に組み込む際などに、反りや剥離によって発光素子が破壊されやすいといった問題があった。 However, in the light emitting device to which the CSP is applied, since the transparent resin is often used for the light extraction surface of the semiconductor layer from which the semiconductor substrate is separated, the mechanical strength of the entire package is low. As a result, when the light emitting device is incorporated into a product substrate, there is a problem that the light emitting element is easily broken due to warpage or peeling.
特に、特許文献1、2に記載された半導体発光装置の場合においては、基板除去後の反りを、金属製のピラーや蛍光体層によって抑制するようにしているため、反りの抑制が十分でない。また、特許文献3に記載の光半導体装置の場合には、シリコン基板を貼り合わせる構造のため、剥離しやすいなどの問題がある。
In particular, in the case of the semiconductor light emitting devices described in
上記問題点に鑑み、本発明は、CSPを適用し、且つ発光素子に生じる反りや剥離を抑制できる発光装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention has an object to provide a light emitting device that applies a CSP and can suppress warpage or peeling of the light emitting element.
本発明の一態様によれば、支持基板と、前記支持基板上に配置され、第1の半導体層上に発光層を介して第2の半導体層を含んだ積層構造を有する発光素子と、前記支持基板上の周辺部分に、前記発光素子の周辺部を覆うようにして配置され、前記積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体とを備える発光装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a support substrate, a light emitting element having a laminated structure including a second semiconductor layer disposed on the support substrate and having a light emitting layer on the first semiconductor layer; A light emitting device is provided, comprising: a peripheral portion on a supporting substrate, which is disposed so as to cover the peripheral portion of the light emitting element, and which is penetrated so as to expose the outermost surface of the laminated structure.
本発明によれば、CSPを適用し、且つ発光素子に生じる反りや剥離を抑制できる発光装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a light emitting device that can apply CSP and can suppress warpage or peeling of the light emitting element.
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are given the same or similar reference numerals. In addition, the embodiments shown below illustrate apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the shape, structure, arrangement, and the like of components. It does not specify the following. Various modifications can be made to the embodiments of the present invention within the scope of the claims.
(実施形態)
本発明の実施形態に係る発光装置は、図1に示すように、支持基板10と、第1の半導体層21の上方に発光層22と第2の半導体層23とを順に配置した積層構造を有して、支持基板10の上に配置された発光素子20と、第2の半導体層23の上に配置されたバッファ層25と、第1の半導体層21と電気的に接続する第1の電極41と、第2の半導体層23と電気的に接続する第2の電極42と、支持基板10上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして配置された枠体100Aと、枠体100Aによって形成される枠体内部70Aを完全に埋め込むようにして塗布されてなる光透過性基板(蛍光体層)70と、を備える。(Embodiment)
The light emitting device according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, has a laminated structure in which a
第1の電極41は、支持基板10の第1の側面101上から発光素子20の第1の側面201上に亘って連続的に配置されている。第2の電極42は、第1の電極41と離間して、支持基板10の第2の側面102上から発光素子20の第2の側面202上に亘って連続的に配置されている。以下において、第1の電極41と第2の電極42とを総称して「電極領域」という。
The
図1に示した発光装置では、発光素子20に電流を供給する電極領域が、発光素子20の側面上に配置されている。そして、発光素子20の下方には、第1の電極41と第2の電極42とに挟まれて支持基板10が配置されており、発光素子20の下方において、支持基板10と電極領域との境界がない。
In the light emitting device shown in FIG. 1, an electrode region for supplying a current to the
発光素子20は、第1導電型の第1の半導体層21と発光層22と第2導電型の第2の半導体層23とを有する積層構造である。第1導電型と第2導電型とは互いに反対導電型である。即ち、第1導電型がP型であれば、第2導電型はN型であり、第1導電型がN型であれば、第2導電型はP型である。以下では、第1導電型がP型であり、第2導電型がN型である場合を例示的に説明する。例えば、発光素子20は、第1の半導体層21をP型クラッド層、第2の半導体層23をN型クラッド層とするLED素子である。図1に示した例では、第1の半導体層21、発光層22、第2の半導体層23が積層されたダブルヘテロ構造を発光素子20に採用している。
The
第1の電極41から第1の半導体層21に正孔が供給され、第2の電極42から第2の半導体層23に電子が供給される。そして、発光層22に、第1の半導体層21から正孔が注入され、第2の半導体層23から電子が注入される。注入された正孔と電子が発光層22で再結合することにより、発光層22で光が発生する。
Holes are supplied from the
発光素子20は、第2の半導体層23の主面を光取り出し面としている。発光素子20の出射光は、例えば第2の半導体層23の上方に配置されたバッファ層25及び光透過性基板70を透過して、発光装置からの出力光Lとして出力される。
The
ここで、バッファ層25は、半導体基板(成長基板)100上に第2の半導体層23を結晶成長させる際に、互いの格子定数の差を小さくして、結晶性を向上させるために設けられるものであって、例えば、第2の半導体層23と同じ第2導電型のAlN初期層と緩衝層とを半導体基板100上に順に積層させた構造を備える(図示省略)。
Here, when crystal growth of the
光透過性基板70は、例えば図2に示すように、発光素子20の各側面201、202、203、204よりも内側の領域に配置されている。即ち、図1に示した発光装置では、支持基板10上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして配置され、積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体100Aを備える。この枠体100Aは、半導体基板100の一部を、バッファ層25または第2の半導体層23を露出させるように貫通させて形成されており、該枠体100Aによって形成される枠体内部70Aに、バッファ層25または第2の半導体層23と接するようにして光透過性基板70が埋設されている。
For example, as shown in FIG. 2, the
基板完全除去領域(光取り出し領域)となる枠体内部70Aの深さとしては、例えば、バッファ層25の少なくとも一部を除去した深さとすることができる。具体的には、枠体内部70Aは、バッファ層25の主面に達する深さ、バッファ層25の途中まで達する深さ、バッファ層25を完全に除去し、第2の半導体層23の主面に達する深さ、または第2の半導体層23の途中まで達する深さの、いずれかの深さを有して形成される。
The depth of the
本発明の実施形態に係る発光装置において、枠体100Aは、発光素子20を構成する各層21、22、23の形成に使用される半導体基板100の一部をリング状に残存させることによって形成されるもので、発光装置の側面に露出している。発光装置の基体サイズにもよるが、枠体100Aの膜厚を1μm〜10μm程度とすることによって、極小サイズであるという性質を損なうことなしに、パッケージ全体の機械的強度を高めることができる。特に、枠体内部70Aを深くすることによって、光透過性基板70の膜厚方向の接触面積を稼ぐことができ、光透過性基板70を剥がれ難くできるだけでなく、枠体100Aの形成に半導体基板100を利用することによって、貼り合せの場合よりも枠体100Aを剥がれ難くすることができる。また、光透過性基板70の形成において、枠体100Aによって形成される枠体内部70A内に樹脂を直に塗布する場合にも、樹脂の周囲への流れ出しを枠体100Aによって阻止できるなど、調色が基体ごとに可能となる(チップ単位の調色)。
In the light emitting device according to the embodiment of the present invention, the
なお、発光素子20の側面201、202に露出して電極領域が配置され、枠体100Aの側面も露出している。即ち、第1の電極41及び第2の電極42の外側の側面と枠体100Aの外側の側面とは、同一平面レベルである。これに対し、光透過性基板70の側面は、それぞれ発光素子20の側面201、202、203、204よりも内側となる。具体的には、枠体内部70Aが、発光素子20の各側面201、202、203、204よりも内側となるように、枠体100Aは、発光素子20の各側面201、202、203、204を覆うような幅とされる。したがって、発光素子20の側面201、202、203、204への水分などの侵入を抑制可能となる。
The electrode region is disposed so as to be exposed to the side surfaces 201 and 202 of the
ここで、光透過性基板70の主面と枠体100Aの主面とは、同一平面レベルである。ただし、光透過性基板70は、発光素子20を構成する材料によっては省略可能である。即ち、光透過性基板を配置しない構造の発光装置に適用した場合においても、枠体100Aを備えたことにより、発光素子20の剥離や側面201、202、203、204への水分などの侵入を抑制し得る。
Here, the main surface of the
発光素子20の第1の半導体層21と第1の電極41とを接続する第1の引き出し電極51が、第1の半導体層21の下面と電気的に接続されている。なお、第1の半導体層21の下面には、反射金属層30が配置されており、第1の引き出し電極51は、反射金属層30を介して、第1の半導体層21と電気的に接続している。第1の引き出し電極51は、膜厚方向に垂直な方向に延伸して、第1の電極41に接続している。
A first lead-
発光素子20から第1の半導体層21の方向に進行した出射光は、反射金属層30の表面において反射する。即ち、反射金属層30によって、光取り出し面とは逆方向に進行する発光素子20の出射光を、光取り出し面に向けて反射させることができる。このため、出力光Lの輝度を向上させることができる。反射金属層30には、発光素子20の出射光に対する反射率が高く、且つ、第1の半導体層21とオーミック接触の可能な導電性材料が使用される。例えば、銀パラジウム合金などの銀系合金などの白色系の金属膜が、反射金属層30の材料に好適に使用される。
The light emitted from the
発光素子20の第2の半導体層23と第2の電極42とを接続する第2の引き出し電極52が、第2の半導体層23の下面と電気的に接続されている。図1に示すように、第2の半導体層23は、平面視で第1の半導体層21及び発光層22の配置されていない領域まで水平方向に延伸する領域(以下、「延伸領域」という。)を有する。第2の引き出し電極52は、第2の半導体層23の延伸領域の下面に接続している。第2の引き出し電極52は、膜厚方向に垂直な方向に延伸して、第2の電極42に接続している。
A second lead-
なお、発光素子20の側面及び下面を覆って配置された保護膜60(60A、60B)によって、発光素子20、電極領域、第1の引き出し電極51及び第2の引き出し電極52が絶縁分離されている。保護膜60には、例えばSiO2膜やSiNx膜、またはPIF(ポリイミドフィルム)などを採用可能である。保護膜60は、外部から発光素子20への水分の浸入の抑制や、発光装置の機械的強度の向上に寄与する。The
図2に、図1に示した発光装置のI−I方向に沿った平面図を示す。 FIG. 2 shows a plan view of the light emitting device shown in FIG. 1 along the II direction.
光透過性基板70は、例えば矩形状であり、X方向の幅がWX1、Y方向の幅がWY1とされている。一方、発光素子20は矩形状であり、第1の側面201と第2の側面202とが対向し、第3の側面203と第4の側面204とが対向する。発光素子20は、X方向の幅がWX2(WX2>WX1)、Y方向の幅がWY2(WY2>WY1)とされている。即ち、光透過性基板70は、発光素子20の各側面201、202、203、204よりも内側において、枠体100Aによって形成される枠体内部70A内に配置されている。
The
図3に、図1に示した発光装置のII−II方向に沿った平面図を示す。 FIG. 3 shows a plan view of the light emitting device shown in FIG. 1 along the II-II direction.
発光素子20と電極領域とは、保護膜60Aによって絶縁分離されている。発光素子20の第3、第4の側面203、204上には、支持基板10が形成されている。即ち、発光素子20は、支持基板10の上部と電極領域の上部によって構成される凹部に配置されている。
The
図4に、図1に示した発光装置のIII−III方向に沿った平面図を示す。 FIG. 4 is a plan view along the III-III direction of the light emitting device shown in FIG.
第1の引き出し電極51と第2の引き出し電極52は、支持基板10及び保護膜60Bによって分離されている。
The
図5に、図1に示した発光装置のIV−IV方向に沿った平面図を示す。 FIG. 5 shows a plan view of the light emitting device shown in FIG. 1 along the IV-IV direction.
発光装置の下部は、矩形状の支持基板10の互いに対向する第1の側面101と第2の側面102とが、電極領域によって覆われた構造である。支持基板10には、フィラー入りのエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などを採用可能である。また、これらの樹脂に白色顔料を加えることによって、白色の支持基板10を実現できる。白色の支持基板10によれば、支持基板10での反射率を向上させることができる。その結果、発光装置の輝度が向上する。
The lower part of the light emitting device has a structure in which the
また、詳細については後述するが、樹脂よりも機械的強度の高い材料を支持基板10に使用してもよい。例えば、セラミック基板を支持基板10として使用する。支持基板10に機械的強度の高いセラミック基板を使用することによって、発光装置のパッケージとしての機械的強度を向上できる。
Further, although the details will be described later, a material having a mechanical strength higher than that of a resin may be used for the
ここで、光透過性基板70は、発光素子20の封止材及び発光装置のレンズとして機能する。例えば、発光素子20の出射光が透過する樹脂基板として、光透過性基板70に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を使用できる。光透過性基板70に透明樹脂を使用することによって、発光素子20の出射光と同色の出力光Lを発光装置から出力できる。
Here, the
或いは、発光素子20の出射光によって励起されて励起光を放射する蛍光体を含有する蛍光体樹脂を光透過性基板70に採用してもよい。光透過性基板70に蛍光体樹脂を採用することにより、所望の色の出力光Lを発光装置から出力できる。また、発光装置から、発光素子20の出射光と励起光とが混色された出力光Lを出力させることも可能である。例えば、出射光が青色光の発光素子20を使用した場合に、青色光に励起されて黄色光を放射するイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)などを光透過性基板70に含まれる蛍光体として用いる。このとき、発光素子20から出射された青色光の一部が蛍光体を励起することにより、黄色光に波長変換される。蛍光体から放射された黄色光と発光素子20から出射された青色光とが混合されることにより、白色の出力光Lが発光装置から出力される。なお、発光装置の出力光Lが白色光以外の場合にも、発光素子20の出射光と蛍光体との種々の組み合わせを採用可能である。
Alternatively, a phosphor resin containing a phosphor that is excited by the light emitted from the
光透過性基板70に使用する透明樹脂としては、エポキシ系樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、変性シリコーン樹脂などを採用可能である。例えば、照明用途などの大電力の発光装置では、耐熱性が高いシリコーン系の樹脂が使用される。また、蛍光体樹脂としては、前述の透明樹脂に蛍光体を混合したものなどを使用できる。
As the transparent resin used for the
ところで、CSPは、発光素子20に接続された電極領域の配置されていない方向から光を取り出す構造である。このため、光取り出し面の方向に発光素子20からの光を遮蔽(遮光)するものがないため、発光装置の発光効率が向上する。また、電極の電気配線にワイヤボンディングを使用しないため、ワイヤの断線やワイヤを介しての短絡などの不具合を抑制することができる。したがって、発光装置の信頼性が向上する。
The CSP has a structure in which light is extracted from the direction in which the electrode region connected to the
<第1変形例>
図6は、CSPを適用した、本発明の実施形態の第1変形例に係る発光装置の概略図である。First Modified Example
FIG. 6 is a schematic view of a light emitting device according to a first modification of the embodiment of the present invention to which a CSP is applied.
図6に示した発光装置では、上部に凹部が設けられた支持基板10Aと、支持基板10Aの凹部内に配置された発光素子20と、発光素子20の周辺部を覆うようにして支持基板10A上の周辺部分に配置された枠体100Aと、枠体100Aの枠体内部70Aに配置された光透過性基板70とを備える。即ち、発光素子20の下面及び側面は、支持基板10Aによって囲まれている。
In the light emitting device shown in FIG. 6, the supporting
図6に示すように、第1の電極41Aは、支持基板10Aの下部を貫通して、支持基板10Aの凹部内で、反射金属層30を介して第1の半導体層21に接続する。第2の電極42Aは、第1の電極41Aの支持基板10Aを貫通する位置と離間した位置で、支持基板10Aの下部を貫通して、支持基板10Aの凹部内で、第2の半導体層23の延伸領域と接続している。なお、発光素子20の光取り出し面側には、第2の半導体層23に接して、バッファ層25が設けられている。また、光透過性基板70は、発光素子20を構成する材料によっては省略可能である。支持基板10Aの凹部の内部の残余の領域には、保護膜60が配置されている。
As shown in FIG. 6, the
図6に示した発光装置では、支持基板10Aと第1の電極41A及び第2の電極42Aによって、発光素子20が下方から支持されている。このため、支持基板10Aと第1の電極41A及び第2の電極42Aとの線膨張係数の差などによって、図1に示した発光装置の場合よりも、発光素子20に対する反りや歪みが発生しやすい。即ち、図6に示した発光装置の方が、発光素子20の下方に支持基板10Aと電極領域との境界がある分だけ、発光素子20に反りや歪みが発生しやすい。枠体100Aは、パッケージ全体の機械的強度を高めることができるので、この第1変形例に係る構成の発光装置の場合においても、発光素子20に加わる反りや剥離を抑制可能となる。なお、発光素子20に加わる反りや剥離を抑制する効果は、この第1変形例に係る発光装置の方が、より顕著となる。
In the light emitting device shown in FIG. 6, the
上記したように、本発明の発光装置では、支持基板10、10A上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして配置された枠体100Aを備えている。枠体100Aは、発光素子20を構成する各層21、22、23の形成に使用される半導体基板100の一部をリング状に残存させたものであって、パッケージ全体の機械的強度を高めることが可能となる。このため、発光素子20に反りや剥離による応力が加わるのを抑制できる。したがって、この発光装置を、例えば実装基板(製品基板)に組み込む際などに、反りや剥離によって発光素子20が破壊されるといった、発光装置の破損を防止することが可能となる。また、発光装置の性能の低下や製品寿命の低下が抑制される。その結果、本発明に係る発光装置によれば、CSPを適用し、且つ発光素子20に生じる反りや剥離を抑制できる発光装置を提供することができる。
As described above, in the light emitting device of the present invention, the peripheral portion on the
(製造方法)
以下に、図7〜図15を参照して、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する。ここでは、図1に示した発光装置を例に、その製造方法について説明する。なお、以下に述べる発光装置の製造方法は一例であり、その変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることはもちろんである。(Production method)
Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 15, a method of manufacturing a light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. Here, a method of manufacturing the light-emitting device shown in FIG. 1 will be described as an example. Note that the method of manufacturing the light emitting device described below is an example, and it is needless to say that the method can be realized by various other manufacturing methods including the modified examples.
先ず、図7に示すように、厚さ700μm程度の半導体基板100上に、バッファ層25を介して、発光素子20を構成する各層をエピタキシャル成長法などによって形成する。具体的には、ウェハ状態の半導体基板100上にN型バッファ層250を形成した後、その上に、N型半導体膜230、発光領域膜220及びP型半導体膜210を順次積層する。例えば、半導体基板100にはSi基板が、N型半導体膜230、発光領域膜220及びP型半導体膜210には、窒化ガリウム(GaN)などの窒化物系化合物半導体層などが使用される。その後、ドライエッチング加工によって、N型バッファ層250、N型半導体膜230、発光領域膜220及びP型半導体膜210をパターニングして、バッファ層25、第2の半導体層23、発光層22及び第1の半導体層21を形成する。
First, as shown in FIG. 7, each layer constituting the
次に、ドライエッチング加工などによって、第1の半導体層21及び発光層22の一部を除去して、第2の半導体層23の一部を露出させる。この露出された部分が、第2の引き出し電極52が接続される延伸領域である。次いで、露出している第1の半導体層21や第2の半導体層23の延伸領域を覆うように、保護膜60Aを形成する。
Next, part of the
その後、図8に示すように、第1の半導体層21の上で保護膜60Aの開口部を形成し、この開口部で第1の半導体層21と接続するように反射金属層30を形成する。そして、反射金属層30と接続するように、第1の引き出し電極51を形成する。同時に、第2の半導体層23の延伸領域の上で保護膜60Aの開口部を形成し、この開口部で第2の半導体層23と接続するように第2の引き出し電極52を形成する。なお、第1の引き出し電極51と第2の引き出し電極52には、金(Au)膜などを使用するが、発光素子20からの出射光を反射する材料を使用することが好ましい。例えば、アルミニウム(Al)膜や銀(Ag)膜も使用される。
Thereafter, as shown in FIG. 8, an opening of the
次いで、第1の引き出し電極51と第2の引き出し電極52とを分離するための保護膜60Bを形成した後、図9に示すように、発光素子20の第1の側面201側に、第1の引き出し電極51と電気的に接続するように、第1の電極41を形成する。同時に、発光素子20の第2の側面202側に、第2の引き出し電極52と電気的に接続するように、第2の電極42を形成する。第1の電極41及び第2の電極42は、例えば、銅(Cu)メッキによって形成する。なお、電極領域の材料は、発光装置の全体の強度などを考慮して選択される。Cuメッキ以外にも、Al材などを電極領域に使用してもよい。
Next, after forming a
その後、図10に示すように、第1の電極41と第2の電極42との間を埋め込むようにして、保護膜60や第1の引き出し電極51及び第2の引き出し電極52を覆って、光を透過しない支持基板10を形成する。支持基板10の形成には、例えばトランスファーモールド(TRM)法などを採用可能である。なお、支持基板10の厚みが所定値になるまで、支持基板10の表面を膜厚方向にバックグラインド工程によってエッチングする。これにより、図10に示すように、第1の電極41及び第2の電極42の下面が、支持基板10の下面よりも下方に露出する。
Thereafter, as shown in FIG. 10, the
次いで、第1の電極41の下面を覆うように第1の接続用電極81を形成し、第2の電極42の下面を覆うように第2の接続用電極82を形成する。第1の接続用電極81及び第2の接続用電極82(以下、総称して「接続用電極」という。)は、例えばプリント基板などの実装基板に発光装置を取り付ける場合に、実装基板に配置された配線パターンと発光装置の電極領域とを接続するために使用される。接続用電極81、82には、半田電極などが好適に使用される。
Next, the
この後、図示していないが、基体の強度を一時的に補強するために、支持基板10及び接続用電極81、82の下面を覆うように、サポート基板を形成するようにしてもよい。例えば、厚みが1mm程度のSi基板やセラミック基板が、サポート基板として基体に接着される。
Thereafter, although not shown, the support substrate may be formed to cover the lower surfaces of the
その後、図11に示すように、半導体基板100の主面側を部分的に除去する。例えば、半導体基板100の垂直方向の膜厚が1μm〜10μm程度となるように、CMP(化学機械研磨)法などにより平坦化させる。
Thereafter, as shown in FIG. 11, the main surface side of the
次いで、図12に示すように、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチング加工によって、発光素子20の主面上の半導体基板100だけを選択的に削除し、バッファ層25または第2の半導体層23を露出させる程度の深さで、枠体内部70Aとなる貫通孔を形成する。即ち、半導体基板100に、その下層の積層構造の最表層が露出するように貫通させた枠体内部70Aを形成することによって、支持基板10上の周辺部分にのみ半導体基板100がリング状に残存する枠体100Aを形成する。枠体100Aは、例えば図12において、後述するダイシング時のカット幅を考慮して、基体の側面からの幅が10μm〜100μm程度とされるが、枠体内部70Aの形成により、枠体100Aの内側が発光素子20の周辺部を覆うように形成される。
Next, as shown in FIG. 12, only the
枠体内部70Aの深さとしては、例えば図12に示したように、第2の半導体層23上のバッファ層25が少なくとも露出する程度の深さであればよい。なお、バッファ層25を必要としない場合や、図13に示すように、バッファ層25が完全に除去されて第2の半導体層23が露出する深さの枠体内部70Bとした場合には、バッファ層25がない分だけ、より光の取り出し効率を向上できる。また、枠体内部70Bが深くなればなるほど、光透過性基板70の膜厚方向の接触面積が大きくなるため、光透過性基板70の剥離防止に効果的である。
As the depth of the
また、枠体内部70A、70Bはドライエッチング加工により形成されるので、エッチング後の枠体内部70A、70Bの底面のメサ角度を約70°〜約90°とすることができる。発光装置の場合、発光素子20の露出面から光の取り出しが行われる。そのため、枠体内部70A、70Bの底面に54°程度のメサ角度が発生すると、光を遮蔽する面積が増え、取り出される光が減少する。そこで、枠体内部70A、70Bの底面のメサ角度を約70°〜約90°とすることにより、発光素子20の露出面内において、出射光の取り出し面(枠体内部70A、70Bの底面)の面積を可能な限り大きくできる。なお、取り出し面の面積を可能な限り大きくした場合においては、枠体内部70A、70Bの底面に54°程度のメサ角度が発生するようにしてもよい。この場合、枠体内部70A、70Bの壁面がテーパー状になるため、枠体内部70A、70B内への光透過性基板70の形成性がよくなる。
Further, since the
この後、例えば図14に示すように、半導体基板100の削除により露出したバッファ層25または第2の半導体層23の主面に凹凸構造を形成してもよい。このように、発光素子20の光取り出し面の表面を粗面化することにより、発光素子20の出射光が散乱され、出力光Lの輝度を向上させることができる。凹凸構造は、例えば、フォトマスクやナノインプリントにより形成したパターンを用いたドライエッチング加工によって形成される。
After this, for example, as shown in FIG. 14, an uneven structure may be formed on the main surface of the
その後、図15に示すように、第2の半導体層23上の枠体内部70Aに光透過性基板70を形成する。光透過性基板70は、発光素子20や発光装置によっては省略してもよい。そして、ダイシングラインDLに沿って発光装置を個々に分離する個片化処理を行う。なお、サポート基板(図示省略)を適用した場合には、ここで除去する。以上により、図1に示した発光装置が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 15, the
上記したように、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、支持基板10(10A)上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして、枠体100Aが形成される。枠体100Aは、発光素子20を構成する各層21、22、23の形成に使用される半導体基板100の一部をリング状に残存させたものであって、パッケージ全体の機械的強度が高められる。このため、発光素子20に反りや歪みによる応力が加わるのを抑制し得る。したがって、この発光装置を、例えば実装基板に組み込む際に、剥離などして発光素子20が破壊されるといった、発光装置の破損を防止することが可能となる。
As described above, according to the method of manufacturing a light emitting device according to the embodiment of the present invention, the
CSPを適用した発光装置では、発光素子20を形成したウェハ(半導体基板)に、樹脂などを塗布して支持基板10を形成する。このように、ウェハ状態でパッケージを形成することによって、低コストで発光装置を製造できる。このため、一般的にウェハレベルパッケージ(WLP)とも呼ばれる。即ち、発光素子20に直に接するように、若しくは、発光素子20に形成された保護膜60や電極領域と直に接するようにして、支持基板10が形成されるようにしたのがWLPの構造的特徴である。パッケージが発光素子20と接しているため、発光素子20の機械的強度を補強して、信頼性の高い発光装置を実現できる。
In the light emitting device to which the CSP is applied, the supporting
しかも、半導体基板100の一部を利用して、さらに補強部材となる枠体100Aを形成するようにしている。このため、補強部材の貼り合わせが必要であったり、補強部材が剥離しやすいといったこともない。
In addition, the
<第2変形例>
上記では、支持基板10が樹脂である例を記載したが、支持基板10には樹脂よりも機械的強度の高い材料を使用することが好ましい。なぜなら、CSPを適用した発光装置では、光取り出し面にエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの機械的強度の低い透明樹脂を使用するため、パッケージ全体の機械的強度が低い。このため、支持基板10に機械的強度の高い材料を使用することによって、パッケージ全体の機械的強度を高くすることが好ましい。パッケージの機械的強度が低いと、発光装置を実装基板に組み込む際や、組み込んだ後に破損する危険がある。また、発光装置が破損しないように、組み込み装置の構成を工夫したり、組み込み速度を遅くしたりするなどの対応が必要である。Second Modified Example
Although the example in which the
そこで、例えば支持基板10にセラミック基板を使用することが、発光装置の機械的強度を高める上で有効である。支持基板10をセラミック基板とするためには、図10を参照して説明した支持基板10を形成する工程において、液状にしたセラミック材料を所定の形状に形成した後に、高温で焼き固める。
Therefore, using, for example, a ceramic substrate for the
支持基板10にセラミック基板を使用することによって、発光装置の機械的強度が向上する。さらに、セラミック基板は発光素子20の下面の略全面を支持するように配置されるため、枠体100Aを形成する工程などにおける製造時の反りや歪みにより発光素子20が破壊されるのを抑制できる。また、製品組み立て時や取り扱い時に発光装置に加わる衝撃によって発光素子20がダメージを受けることを防止できる。このように、支持基板10をセラミック基板にすることによって、発光装置の破損や信頼性の低下を抑制することができる。また、製品組み立て時での半田熱処理などにより発生する熱歪みによるダメージを抑制できる。
By using a ceramic substrate for the
ただし、セラミック基板の場合、セラミック基板を形成した後の研磨処理(バックグラインド)が、樹脂基板に比べて困難である。このため、支持基板10を形成する工程において、第1の電極41の下面及び第2の電極42の下面が、支持基板10の下面よりも下方に位置するように、支持基板10を形成する。例えば、支持基板10の下面と電極領域の下面との段差を、10μm程度に設定する。これにより、支持基板10としてセラミック基板を形成した後の、セラミック基板の研磨処理が不要になる。このため、研磨処理が支持基板10や発光素子20に与えるダメージを小さくすることができる。その結果、発光装置の歩留まりの低下や信頼性の低下を抑制できる。
However, in the case of a ceramic substrate, polishing (back grinding) after forming the ceramic substrate is more difficult than a resin substrate. Therefore, in the step of forming the
図1に示した発光装置では電極領域が発光素子20の側面上に形成されているため、個片化処理するダイシングでは、図16や図17に示すように、ダイシングブレード200によって切断される領域は、支持基板10よりも電極領域が主に切断される。このため、セラミック基板を使用した場合などの、支持基板10が電極領域よりも硬い材料である場合に、ダイシングの処理時間が減少する。また、ダイシングブレードの寿命が延びるため、製造コストを低減することができる。
In the light emitting device shown in FIG. 1, since the electrode area is formed on the side surface of the
なお、発光素子20に加わる応力が、発光装置の特性に大きく影響する。特に、CSPを適用した発光装置は、発光素子20がパッケージ材料と密着する構造であるため、パッケージ材料との線膨張係数の違いや加工時の変形によって、発光素子20に応力が加わりやすい。
The stress applied to the
このため、図18に示すように、支持基板10に、第1のセラミック層11と、第1のセラミック層11よりも密度が高く、線膨張係数の大きい第2のセラミック層12とを積層した構造を有するセラミック基板を使用してもよい。図18に示すように、線膨張係数の小さい第1のセラミック層11の上に、発光素子20が配置される。このように、発光素子20を構成する各層21、22、23と線膨張係数の近い第1のセラミック層11とを密着させることによって、セラミックを硬化させるときの反りや歪みが緩和され、発光素子20に加わる応力を低下させることができる。また、支持基板10の発光素子20から遠い側を、線膨張係数の大きい第2のセラミック層12にすることによって、支持基板10の反りが抑制され、パッケージ全体としての強度が低下することを防止できる。したがって、図18に示した構造の支持基板10を使用することによって、信頼性の高い、高効率の発光装置を実現できる。第1のセラミック層11の線膨張係数や弾性係数を低くするには、例えば空孔率を高くする方法などがある。
Therefore, as shown in FIG. 18, the first
また、光透過性基板70にガラス基板を使用した場合、ガラス基板は弾性係数が高く、線膨張係数が大きく異なるため、発光素子20に大きな応力が発生する。この場合は、第1のセラミック層11の線膨張係数を第2のセラミック層12の線膨張係数よりも小さくすることで、第1のセラミック層11の線膨張係数をガラスに近づけることができ、発光素子20に加わる応力を低下させることができる。
In addition, when a glass substrate is used as the
このような構成の発光装置とした場合においても、支持基板10上の周辺部分に、発光素子20の周辺部を覆うようにして枠体100Aを配置することによって、パッケージ全体の機械的強度をより高めることが可能となるため、発光素子20に生じる反りや剥離を抑制できる発光装置を提供できることはもちろんである。
Even in the case of a light emitting device having such a configuration, the mechanical strength of the entire package can be increased by arranging the
<第3変形例>
図19は、本発明の実施形態の第3変形例に係る発光装置の断面構造を、図20は、図19に示した発光装置の平面構成を、それぞれ模式的に示す図である。Third Modified Example
FIG. 19 is a view schematically showing a cross-sectional structure of a light emitting device according to a third modification of the embodiment of the present invention, and FIG. 20 schematically shows a plan configuration of the light emitting device shown in FIG.
図19及び図20に示すように、枠体100Aを備えた発光装置としては、例えば複数個の枠体内部70A1、70A2を有する構成とすることもできる。即ち、枠体100Aに加え、発光素子20の主面上に枠体内部70A1、70A2が形成されるように、半導体基板100の一部を残存させてなる仕切り用の枠体100Bを形成する。枠体100Bの形成は、より一層、パッケージ全体の機械的強度を向上させる。As shown in FIGS. 19 and 20, as the light-emitting device provided with a
また、枠体100Bの形成に、Si製の半導体基板100を用いるようにした場合、その部分は遮蔽領域となる。このため、枠体100Bの大きさ(幅)や形成する位置を調整することによって、光透過性基板に混ぜ物をして透過率などを調整したりすることなしに、発光装置の光度や色度を容易に抑制可能となる。
When the
特に、枠体100Bは、枠体内部70A1、70A2に異なる種類の光透過性基板701、702を形成することを可能にする。したがって、枠体100Bにより種類の異なる光透過性基板701、702が混入するのを防止しつつ、発光素子20の光度や色調などを容易に調整可能である。In particular, the
なお、例示したように、仕切用の枠体100Bは基体の短手方向と並行に形成する場合に限らず、例えば、基体の長手方向と並行に形成するようにしてもよいし、基体の対角線方向に形成するようにしてもよい。また、1本の仕切用の枠体100Bを設ける場合に限らず、複数本の枠体100Bを配置することも可能であり、より多くの枠体内部を配置するようにしてもよい。さらに、枠体内部としては、矩形状に形成する場合に限らず、例えば、平面形状を円形や楕円形、または矩形以外の多角形としてもよい。特に、内角のそれぞれの角度が90°以上の多角形とした場合においては、各角部分に対する光透過性基板の形成性を良好なものとすることができ、枠体内部で光透過性基板が未塗布となるといった不具合を改善できる。
As illustrated, the
(その他の実施形態)
上記した本発明の実施形態においては、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。(Other embodiments)
In the embodiments of the present invention described above, it should be understood that the statements and drawings that make up a part of the disclosure are exemplary and do not limit the present invention. Various alternative embodiments, examples and operation techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.
例えば、発光素子20の下面の外縁部(周辺部)が電極領域と重なっている部分が多少あってもよい。つまり、破壊や性能の低下を招くほどの応力が発光素子20に加わらない範囲で、平面視において、発光素子20の外縁部が電極領域と重なってもよい。
For example, the outer edge portion (peripheral portion) of the lower surface of the
また、上記では、半導体基板100がSi基板である例を記載したが、例えば、サファイア基板やSiC基板などの透明基板を使用することも可能である。半導体基板100がSi基板の場合には、枠体100Aは光を遮蔽するが、半導体基板100が透明基板である場合には、枠体100Aの主面などに光を透過しない遮蔽層が必要となる。なお、上記において、半導体基板100がサファイア基板である場合には、枠体内部70A、70Bの形成にレーザリフトオフ法などが使用される。また、半導体基板100に、例えばGaN基板を採用する場合には、バッファ層25の形成を省略することもできる。
Further, although the example in which the
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 Thus, it goes without saying that the present invention includes various embodiments that are not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention-specifying matters according to the scope of claims appropriate from the above description.
本発明の実施形態に係る発光装置は、CSPを適用した各種の発光装置の用途に利用可能である。 The light emitting device according to the embodiment of the present invention can be used for applications of various light emitting devices to which CSP is applied.
本発明の一態様によれば、第1のセラミック層と、前記第1のセラミック層よりも線膨張係数の大きい第2のセラミック層とを積層した構造を有する支持基板と、前記支持基板上に配置され、第1の半導体層上に発光層を介して第2の半導体層を含んだ積層構造を有する発光素子と、前記支持基板上の周辺部分に配置され、前記積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体とを備える発光装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a support substrate having a structure in which a first ceramic layer and a second ceramic layer having a linear expansion coefficient larger than that of the first ceramic layer are stacked, and the support substrate. It is disposed, and a light emitting device having a stacked structure including the second semiconductor layer through the light-emitting layer on the first semiconductor layer, disposed on the peripheral portion on the supporting substrate, the outermost surface of the laminated structure is exposed There is provided a light emitting device comprising a frame penetrated to
本発明の一態様によれば、第1のセラミック層と、前記第1のセラミック層よりも線膨張係数の大きい第2のセラミック層とを積層した構造を有する支持基板と、前記支持基板上に配置され、第1の半導体層上に発光層を介して第2の半導体層を含んだ積層構造を有する発光素子と、前記支持基板上の、前記発光素子の周辺部を覆うようにして配置され、前記積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体とを備える発光装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a support substrate having a structure in which a first ceramic layer and a second ceramic layer having a linear expansion coefficient larger than that of the first ceramic layer are stacked, and the support substrate. A light emitting element having a laminated structure including a second semiconductor layer via a light emitting layer on the first semiconductor layer, and a peripheral portion of the light emitting element on the support substrate so as to cover the light emitting element There is provided a light emitting device, comprising: a frame which is penetrated to expose the outermost surface of the laminated structure.
Claims (5)
前記支持基板上に配置され、第1の半導体層上に発光層を介して第2の半導体層を含んだ積層構造を有する発光素子と、
前記支持基板上の周辺部分に、前記発光素子の周辺部を覆うようにして配置され、前記積層構造の最表面が露出するように貫通させた枠体と
を備えることを特徴とする発光装置。A supporting substrate,
A light emitting element disposed on the support substrate and having a laminated structure including a second semiconductor layer on the first semiconductor layer via the light emitting layer;
A light emitting device comprising: a peripheral portion on the supporting substrate, which is disposed so as to cover the peripheral portion of the light emitting element, and which is penetrated so as to expose the outermost surface of the laminated structure.
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