TW201344992A - 半導體發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種半導體發光裝置，其中，如根據實施形態，半導體發光裝置係具備：發射激發光之發光元件，和設置於前述發光元件上之螢光體層，和設置於前述發光元件與前述螢光體層之間，較對於前述激發光的波長而言之反射率，對於前述螢光體之螢光波長而言具有高反射率之螢光反射膜。前述螢光體層係具有：透明媒體，和分散於前述透明媒體中，經由前述激發光所激發而發射螢光之螢光體，和分散於前述透明媒體中，前述激發光的波長之1/10以下之大小，且與前述透明媒體不同折射率之粒子。

Description

半導體發光裝置
本發明之實施形態係有關半導體發光裝置。
直接於遷移型半導體，經由pn接合而進行少數載體注入而使再結合發光進行之半導體發光元件則作為新世代之照明光源而所注目。照明用半導體發光元件係基本上要求接近太陽光之白色光。作為半導體白色光源，係有三原色(RGB)元件陣列，經由藍色發光元件與黃色螢光體之混色的擬似白色光源，經由紫外線發光元件之三原色螢光體激發光源等。
在使用螢光體之白色光源中，發光元件輸出光與螢光體輸出光或多色螢光體間的輸出光之混色則必須均一地加以進行。
本發明之實施形態係提供低成本，色度不勻少之高效率的半導體發光裝置。
如根據實施形態，半導體發光裝置係具備：發射激發光之發光元件，和設置於前述發光元件上之螢光體層，和設置於前述發光元件與前述螢光體層之間，較對於前述激發光的波長而言之反射率，對於前述螢光體之螢光波長而言具有高反射率之螢光反射膜。前述螢光體層係具有：透 明媒體，和分散於前述透明媒體中，經由前述激發光所激發而發射螢光之螢光體，和分散於前述透明媒體中，前述激發光的波長之1/10以下之大小，且與前述透明媒體不同折射率之粒子。
如根據實施形態，可提供低成本，色度不勻少之高效率的半導體發光裝置。
以下，參照圖面，對於實施形態加以說明。在此係幾個具體的構成使用於例進行說明，但此係如為具有同樣的機能之構成，可同樣地實施，本發明係不限定於以下之實施形態者。然而，各圖面中，對於相同的要素附上相同符號。
如根據實施形態，半導體發光裝置係具備：發射激發光之發光元件，和設置於發光元件上之螢光體層，和設置於發光元件與前述螢光體層之間的螢光反射膜。
圖1A係經由實施形態之發光元件8，包含螢光反射膜35及螢光體層30之層積構造的模式剖面圖。
發光元件8係例如為Light Emitting Diode(LED)，具有包含p型半導體層4，活性層5，及n型半導體層6之半導體層7。另外，發光元件8係具有對於p型半導體層4之接觸電極(未圖示)，和對於n型半導體層6之接觸電極(未圖示)。夾持於p型半導體層4與n型半導體層6之活性層5係成為發光部。
對於n型半導體層6與p型半導體層4使用比較大之能帶隙的半導體(例如GaN)，對於活性層5插入比較小能帶隙之半導體(例如InGaN)。由此，有效地封入經由夾持活性層5之pn接合之注入載體，有效地進行經由載體再結合之發光而呈成為得到高的發光效率。活性層5係所謂為MQW(Multi Quantum Well)構造亦可。另外，發光元件8係不限於LED，而亦可為Surface Emitting Laser Diode(SELD)。
螢光體層30係具有作為透明媒體之樹脂層31，和經由發光元件8之激發光而加以激發而發射螢光之複數粒子狀之螢光體32，和複數之散射粒子33。螢光體32及散射粒子33係分散於透明媒體31中。
樹脂層31係對於發光元件8之激發光及螢光體32的螢光而言為透明之例如，聚矽氧樹脂或環氧樹脂。散射粒子33係具有發光元件8之激發光的波長之1/10以下的大小，且與樹脂層31不同之折射率。
螢光體32係可單獨或組合各種螢光體材料而使用。例如，將發光元件8之激發光波長(發光波長)作為450nm，由使用Y3Al5O12(YAG)：Ce、Tb3-xRExO12：Ce(TAG)(RE=Y,Gd,La,Lu)、Sr2-x-yBaxCaySiO4：Eu等之黃色螢光體者而得到白色輸出光源。
另外，將發光元件8之激發光波長作為450nm，由組合使用YAG：Nb、SrxCa1-xS：Eu、CaSiAlN3：Eu、Sr2-yCaySiO4：Eu等之紅色螢光體，與SrGa2S4：Eu、Sr2-yBaySiO4： Eu、SrSi2O2N2：Eu等之綠色螢光體者而得到高演色之白色光源。
散射粒子33係例如，具有TiO2、SiO2、Si3N4、ZrO2、SiC、Al2O3、TaO5、BN、中空二氧化矽、微泡(氣泡)等，與樹脂層31不同折射率之材料，其粒子尺寸(粒徑)為發光元件8之激發光波長的1/10以下。例如，發光元件8之激發光波長為450nm之情況，將散射粒子33的粒徑作為45nm以下。
另外，將樹脂層31的折射率作為n，發光元件8之激發光波長作為λ時，由將散射粒子33之粒徑作為樹脂層31之媒質內波長(λ/n)之1/10(=λ/10n)者，可提高後述之光散射效果之波長選擇性。例如，發光元件8之激發光波長為450nm，樹脂層31之折射率為1.5之情況，將散射粒子33之粒徑作為30nm以下者為佳。
散射粒子33係激發光波長之1/10以下之粒徑之故，成為呈在樹脂層31引起激發光之雷利散射，主要引起對於激發光之行進方向與其相反方向之散射。
此雷利散射係散射強度則對於波長之4乘作為反比之故，誠如長波長的光，散射強度則弱，即，成為有著波長依存性之光散射，在上述螢光體之組合中，對於激發光(波長450nm)之散射而言，螢光體32之輸出光(螢光)係波長為長之部分，雷利散射則變少。
例如，將發光元件8之激發光波長作為450nm(藍色)，將螢光體32之螢光波長作為560nm(黃色)時， 如圖2A所示，在此等2個波長間，雷利散射之強度則2倍以上不同。
但，雷利散射係對於散射粒子33之粒徑的6乘作為比例之故，亦呈從圖2了解到，粒徑越小時，幾乎不會引起散射。隨之，亦呈從圖2了解到，散射粒子33之粒徑係15nm以上為佳，如前述，最大粒徑係作為發光元件8之激發光波長成為雷利散射範圍之45nm以下為佳。
由此，可作成波長為450nm之藍色光係容易加以散射，波長為560nm之黃色光係不易加以散射之狀態，由選擇性地多使發光元件8之激發光加以散射者，成為可調整對於發光元件激發光與螢光體輸出光之間的光輸出角度而言之發光亮度分布的差。
另外，由選擇性地多使激發光加以散射者，接近於發光元件8側之螢光體32之激發強度變強，消解自發光元件8遠離側之螢光體32之激發強度則由激發光的到達量下降而變弱之螢光體32之不均一激發，可防止經由接近於發光元件8側之螢光體32之激發飽和之總合性的螢光體發光效率之降低。
即，防止經由以散射粒子33將對於接近於發光元件8側之螢光體32的激發光加以散射而局部性加以強激發之情況，並且，自發光元件8遠離側之螢光體32或各螢光體32之背面(與對向於發光元件8的面相反側的面)亦成為呈由激發光的散射光所激發之故，緩合對於螢光體32之激發光照射經由空間的位置或方向之偏移而加以均一 化。
因此，緩合部分強激發螢光體32而進行輸出飽和之情況，另外，可經由螢光體32之激發強度之均一化而使螢光體32之弱激發部分減少，抑制經由弱激發螢光體之再吸收光損失。
隨之，如根據實施形態，成為可均等化螢光體激發強度，成為抑制經由不均一激發之螢光體32之輸出飽和或弱激發螢光體之再吸收損失，可抑制螢光體32之輸出效率的提升。
在此，對於經由散射粒子33而選擇性地多使激發光散射之效果，使用圖3A~圖5D於以下加以說明。
在各圖3A~圖5D的A係模式性地顯示發光元件8與螢光體32之光放射狀況的圖。圖3A係表示於發光元件8上螢光體32沉降而密集之第1比較例。圖4A係顯示螢光體32分散於樹脂層31中，散射粒子係未含於樹脂層31中的第2比較例。圖5A係顯示螢光體32分散於樹脂層31中之同時，散射粒子33亦分散於樹脂層31中之前述的實施形態。
圖3B，圖4B，圖5B的圖表係表示在各第1比較例，第2比較例，實施形態之激發光亮度分布。圖3C，圖4C，圖5C的圖表係表示在各第1比較例，第2比較例，實施形態之螢光亮度分布。圖3D，圖4D，圖5D的圖表係表示在各第1比較例，第2比較例，實施形態之經由激發光與螢光體輸出光的混合之色度的分布。
在上述各圖表之橫軸係表示與對於發光元件8之光取出面而言為垂直之方向(在圖3A，圖4A，圖5A中正上方方向)之所成角θ(光輸出角度)。
圖3A~D所示之第1比較例的情況，從活性層作為點光源之2維集合體之面光源者，激發光亮度分布係可近似在對於cos θ比例之所謂朗伯分布。另外，在第1比較例中，從螢光體32形成為面狀者，螢光亮度分布亦同樣地近似在朗伯分布。
其結果，在第1比較例中，激發光與螢光體輸出光之分布則略一致，具有色度分布之角度依存性，所謂色分離現象少之特徵。但在第1比較例中，螢光體32容易受到發光元件8之發熱的影響，調整螢光體32的量而調整色度之中心值情況則為困難，擔心有強激發螢光體32之單側(半面)而容易引起螢光飽和或在弱激發面再吸收損失等之問題。
圖4A~D所示之第2比較例的情況，螢光體32則分散於樹脂層31中(作為散佈分布)之故而緩合發光元件8之發熱的影響，有著亦緩合螢光體輸出飽和之特徵。另外，亦有由調整螢光體32分散之樹脂層31的厚度者而可調整色度之中心值之特徵。
第2比較例之情況，激發光係第1比較例同樣地為朗伯分布，但如在激發螢光體32之部分光放射於全方位之點光源地動作之故，螢光體輸出之角度依存性為少，即成為擴散於廣角度之分布。其結果，在第2比較例中，在角 度為0之正上方方向，和對此為直角之方向，成為色度不同之光輸出，引起有在所視角度色狀態(色度)不同之所謂色分離現象。
在圖5A~D所示之本實施形態中，有著與第2比較例同樣地，螢光體32則分散(作為散佈分布)於樹脂層31中之故而緩合發光元件8之發熱的影響，螢光體輸出飽和亦加以緩和之特徵，另外，有著由調整螢光體分散之樹脂層31的厚度者，可調整色度之中心值之特徵。
更且，在實施形態中，螢光體輸出具有與第2比較例同樣廣角度分布，但激發光亦成為呈經由散射粒子33所散射而具有廣角度分布，並且，經由散射粒子33之散射則為雷利散射之故，激發光的散射則較螢光體輸出光的散射為大，以散射粒子33之尺寸(粒徑)與數量而調整散射量之情況，在激發光與螢光體輸出光，變化程度則為不同，剛好激發光與螢光體輸出則可呈成為相同之分布地調整分布形式。
由此，如根據實施形態，如圖5D所示，可提供色度的分布幾乎未依存於角度之平坦的分布，即色分離少之半導體發光裝置。另外，從相對性螢光體輸出之散亂少之情況，螢光體輸出則無需地加以散射而產生損失之比例少，即，具有全體之發光效率高的效果。
上述之亮度分布之調整係未考慮散射粒子33之粒徑，而可較作為單純之散射粒子之情況有效果地進行。即，以無波長依存性之散射而使激發光與螢光體輸出光混 合之情況，雙方的光則必須至均一地混合為止而使其散射者，即，必須非常多地進行經由散射粒子之散射次數，經由散射時之能量損失的積算而使半導體發光裝置全體之發光效率下降情況為多。
對此，在本實施形態中，選擇性地使指向性強的激發光散射之故，激發光與螢光體輸出之亮度分布則在成為相似形式之最小限度的散射次數而變佳，將全體的散射次數，具體而言係將為了散射之散射粒子33的量作為最小限度而具有可將全體的發光效率之下降作為最小化之效果。
如以上說明，如根據本實施形態，於設置於發光元件8上之螢光體層30中，主要由混入存在散射激發光之波長依存型散射粒子33者，具有將作為白色光源之色度分布作為均一化，更且亦可提升經由螢光體32之均一激發之發光效率的優點。由此，可以廉價的構成實現光品質高的半導體發光裝置。
更且，如根據實施形態，於發光元件8與螢光體層30之間，設置螢光反射膜35。螢光反射膜35係具有較對於發光元件8之激發光的波長而言之反射率，對於螢光體32之螢光波長而言為高之反射率，反射朝向螢光體輸出光之發光元件8側的成分。即，螢光反射膜35係對於發光元件8之激發光而言係相對性低反射，對於螢光體32之輸出光而言相對性成為高反射地發揮機能。
其結果，未使發光元件8之激發光之取出效率大大降 低，而可降低螢光體輸出射入至發光元件8內部而經由吸收或散射產生消失之比例，可作成從外部而視情況之發光效率變高。
具體而言，將n型半導體層6之折射率作為n1，將螢光反射膜35折射率作為n2，將螢光反射膜35之厚度作為h2，將樹脂層31之等價折射率作為n3，n型半導體層6之厚度h1與樹脂層31之厚度h3則呈充分較激發光波長λ0為大地加以設定。
n1>n2>n3時係呈成為n2h2=λ0(1+2m)/4(m=0，1，2，3．．．)、而n2<n3<n1時係呈成為n2h2=λ0(1+m)/2(m=0，1，2，3．．．)地設定。
當各自列舉時，n1>n2>n3時係呈成為n2h2=λ0/4、λ03/4、λ05/4．．．、而n2<n3<n1時係呈成為n2h2=λ0/2、λ0、λ03/2．．．地設定h2的厚度。
於圖2B顯示螢光反射膜35之反射率的波長依存特性例。螢光體層30係作為使螢光體32與散射粒子33分散於樹脂薄片(n3~1.5)，螢光反射膜35係作為厚度為56nm之氮化矽(Si3N4、n2~2)，n型半導體層6係作為GaN(n1~2.8)。
在圖2B之實線箭頭係顯示發光元件8之激發波長(λ0=450nm)，虛線箭頭係顯示黃色螢光體輸出波長(560nm)，但各反射率為0.06%(450nm)，0.97%(560nm)時，作為反射率而得到16倍的差。另外，黃色螢光體輸出係雖至紅色範圍附近擴散有發光光譜，但紅色 範圍之亮度為低之故而有演色性低的問題。
如根據實施形態之螢光反射膜35，如從圖2B了解到，自激發光波長離開之波長的反射率為高，例如當波長為700nm情況2.8%時，對於黃色螢光波長(560nm)而言成為2.8倍，對於激發光波長而言係成為46倍之反射率。由此，螢光體32之輸出光則除了救濟在發光元件(LED晶片)8損失之成分之外，亦表示有加上有亮度低之長波長的光成為高反射之效果而演色性改善之效果。
此效果係激發光為藍色(λ0=450nm)，作為h2=56nm(n2h2=λ0/4)，在使用綠色螢光體與紅色螢光體之情況亦為有效。激發光的反射率係相同為0.06%程度，但在綠色(波長550nm)為0.85%，在紅色(波長650nm)為2.2%時，對於各激發光的反射率而言得到約14倍，約36倍之反射率。
對於螢光體層30的上面上係如圖1B所示，設置上塗層膜36亦可。上塗層膜36係例如為矽氮化膜，矽氧化膜。
上塗層膜36作為可抑制經由螢光體層30(折射率n3~1.5)與光取出處(空氣，折射率n5~1.0)之折射率差之光取出效率的下降。上塗層膜36係具有螢光體層30之樹脂層31的折射率，和空氣之折射率之間的折射率。例如未有上塗層膜36之情況，係在螢光體層30的表面成為約4%之反射率，產生有光取出損失，但當作為上塗層膜36而設置100nmLiF(折射率n4~1.39)時，成為對於波 長從430nm至750nm的光而言成為2%以下(在波長550nm中為1.6%)之反射率，成為可降低50%以上螢光體層30之表面反射損失。
另外，上塗層膜36係黏著性(黏性)較螢光體層30之樹脂層31為低。即，對於以一定速度，從上塗層膜36剝離貼合於上塗層膜36之支持膠帶(例如，切割膠帶)所需的力係較對於以一定速度，從樹脂層31剝離貼合於螢光體層30之樹脂層31的支持膠帶所需的力為小。
後述之切割時，晶圓狀態之半導體發光裝置係藉由黏著性較螢光體層30之樹脂層31為低之上塗層膜36而貼合於切割膠帶。因此，可未使螢光體層30損傷而容易從切割膠帶剝離半導體發光裝置，而可提升個片化後之半導體發光裝置之處理性。
接著，圖6係實施形態的半導體發光裝置1之模式剖面圖。
半導體發光裝置1係具有發光元件，和螢光反射膜35，和螢光體層30，和設置於螢光體層30之相反側之發光元件的支持體。
發光元件係包含半導體層15，p側電極16及n側電極17。半導體層15係具有活性層13。另外，半導體層15係具有第1的面15a，和其相反側之第2的面。於第2的面側設置有電極及支持體，從其相反側之第1的面15a，主要將光射出於半導體層15外。
半導體層15係具有第1半導體層11與第2半導體層 12。第1半導體層11及第2半導體層12係例如含有氮化鎵。第1半導體層11係例如，包含基底緩衝層，n型GaN層等。第2半導體層12係包含p型GaN層，活性層(發光層)13。活性層13係可使用將藍，紫，藍紫，紫外線光等發光的材料者。
半導體層15之第2的面係加工為凹凸形狀，凸部係包含活性層13。對於其凸部表面之第2半導體層12的表面係設置有p側電極16。即，p側電極16係設置於在具有活性層13之範圍之第2的面。
在半導體層15之第2的面，對於凸部的橫向係設置有未包含活性層13之範圍，於其範圍之第1半導體層11的表面設置有n側電極17。即，n側電極17係設置於在未包含活性層13之範圍之第2的面。
如圖9B所示，在半導體層15之第2的面中，含有活性層13之第2半導體層12的面積係較未含有活性層13之第1半導體層11的面積為寬。
另外，如圖10B所示，在半導體層15中，設置於含有活性層13之範圍的p側電極16則較設置於未含有活性層13之範圍的n側電極17面積為寬。由此，得到寬的發光範圍。然而，圖10B所示之p側電極16及n側電極17的佈局係為一例，並不限於此等。
對於半導體層15之第2的面側係設置有第1絕緣膜(以下，單稱作絕緣膜)18。絕緣膜18係被覆半導體層15，p側電極16及n側電極17。另外，絕緣膜18係被覆 保護活性層13及第2半導體層12之側面。
然而，亦有對於絕緣膜18與半導體層15之間設置其他絕緣膜(例如矽氧化膜)之情況。絕緣膜18係例如，對於細微開口之圖案化性優越之聚醯亞胺等之樹脂。或者，作為絕緣膜18而使用矽氧化膜或矽氮化膜等之無機膜亦可。
絕緣膜18係未設置於半導體層15之第1的面15a上。絕緣膜18係被覆保護從在半導體層15之第1的面15a持續之側面15c。
在絕緣膜18，於與半導體層15之第2的面相反側的面上，p側配線層21與n側配線層22則相互離間加以設置。
p側配線層21係亦設置於到達至p側電極16而形成於絕緣膜18之複數的第1開口18a內，與p側電極16加以電性連接。n側配線層22係亦設置於到達至n側電極17而形成於絕緣膜18之第2開口18b內，與n側電極17加以電性連接。
在p側配線層21中，對於對p側電極16而言之相反側的面，係設置有p側金屬柱23。p側配線層21，p側金屬柱23，及作為後述之種子層所使用之金屬膜19係構成本實施形態之p側配線部。
在n側配線層22中，對於對n側電極17而言之相反側的面，係設置有n側金屬柱24。n側配線層22，n側金屬柱24，及作為後述之種子層所使用之金屬膜19係構成 本實施形態之n側配線部。
對於絕緣膜18係作為第2絕緣膜而例如層積有樹脂層25。樹脂層25係被覆p側配線部之周圍及n側配線部之周圍。另外，樹脂層25係填充於p側金屬柱23與n側金屬柱24之間。
p側金屬柱23之側面及n側金屬柱24之側面係由樹脂層25所被覆。對於在p側金屬柱23之p側配線層21而言之相反側的面係從樹脂層25露出，作為p側外部端子23a而發揮機能。對於在n側金屬柱24之n側配線層22而言之相反側的面係從樹脂層25露出，作為n側外部端子24a而發揮機能。
p側外部端子23a及n側外部端子24a係於形成於安裝基板之墊片，藉由焊錫，其他的金屬，導電性材料等之接合材而加以接合。
在樹脂層25之相同面(在圖6之下面)露出之p側外部端子23a與n側外部端子24a之間的距離係較在絕緣膜18上之p側配線層21與n側配線層22之間的距離為大。p側外部端子23a與n側外部端子24a係對於安裝基板之安裝時，經由焊錫等而將相互未短路的距離隔離開。
p側配線層21係至處理上之界限為止，可接近於n側配線層22，可擴大p側配線層21之面積。其結果，可謀求p側配線層21與p側電極16之接觸面積的擴大，而提升電流分布及散熱性。
p側配線層21則通過複數之第1開口18a而與p側電 極16接合的面積係較n側配線層22則通過第2開口18b而與n側電極17接合的面積為大。因而，對於活性層13之電流分布則提升，且活性層13的熱之散熱性可提升。
擴散於絕緣膜18上之n側配線層22的面積係較n側配線層22則與n側電極17接合之面積為大。
如根據實施形態，可經由遍佈於較n側電極17為寬的範圍所形成之活性層13而得到高的光輸出者。並且，設置於較包含活性層13之範圍為窄的範圍之n側電極17則作為更大面積之n側配線層22而導出於安裝面側。
第1半導體層11係藉由n側電極17，金屬膜19及n側配線層22而與具有n側外部端子24a之n側金屬柱24加以電性連接。包含活性層13之第2半導體層12係藉由p側電極16，金屬膜19及p側配線層21而與具有p側外部端子23a之p側金屬柱23加以電性連接。
p側金屬柱23係較p側配線層21為厚，n側金屬柱24係較n側配線層22為厚。p側金屬柱23，n側金屬柱24及樹脂層25之各厚度係較半導體層15為厚。然而，在此之「厚度」係表示在圖6中上下方向的厚度。
另外，p側金屬柱23及n側金屬柱24之各厚度係較包含半導體層15，p側電極16，n側電極17及絕緣膜18之層積體的厚度為厚。然而，各金屬柱23，24的深寬比(對於平面尺寸而言之厚度比)係未限定為1以上者，而此比係亦可較1為小。即，金屬柱23，24係亦可較其平面尺寸厚度為小。
如根據實施形態，即使除去為了形成半導體層15而使用之後述之基板10，經由p側金屬柱23，n側金屬柱24及樹脂層25，亦可安定支持半導體層15，提高半導體發光裝置1之機械強度者。
作為p側配線層21，n側配線層22，p側金屬柱23及n側金屬柱24之材料，係可使用銅，金，鎳，銀等。此等之中，當使用銅時，可得到良好的熱傳導性，高位移耐性及與絕緣材料之優越的密著性。
樹脂層25係補強p側金屬柱23及n側金屬柱24。樹脂層25係使用與安裝基板熱膨脹率相同或接近之構成為佳。作為如此之樹脂層25，例如可將環氧樹脂，聚矽氧樹脂，氟素樹脂等作為一例而舉出者。
另外，藉由p側外部端子23a及n側外部端子24a而安裝半導體發光裝置1於未圖示之安裝基板之狀態中，p側金屬柱23及n側金屬柱24則可吸收藉由焊錫等而加上於半導體層15之應力而緩和。
含有p側配線層21及p側金屬柱23的p側配線部係藉由設置於複數之第1開口18a內而相互加以分斷的複數之貫孔21a而連接於p側電極16。因此，得到經由p側配線部之高的應力緩和效果。
或者，如圖21A所示，藉由設置於1個大的第1開口18a內，較貫孔21a平面尺寸大之貫孔21c，使p側配線層21接觸於p側電極16亦可，此情況，可謀求通過均為金屬之p側電極16，p側配線層21及p側金屬柱23之活 性層13之散熱性的提升。
如後述，在形成半導體層15時使用之基板10係從第1的面15a上除去。因此，可將半導體發光裝置1作為低背化。
對於半導體層15之第1的面15a，係為了使光取出效率提升，因應必要而形成有微小凹凸。
對於第1的面15a上係藉由前述之螢光反射膜35而設置螢光體層30。隨之，在半導體發光裝置1中，亦可將色度分布作為均一化，更提升發光效率。
接著，參照圖7A~圖18B，對於實施形態之半導體發光裝置1之製造方法加以說明。圖7A~圖18B係表示在晶圓狀態之一部分的範圍。
圖7A係顯示於基板10的主面(在圖7A之下面)，形成第1半導體層11及第2半導體層12之層積體。圖7B係對應於圖7A之下面圖。
於基板10的主面上形成有第1半導體層11，並於其上方形成有包含活性層13之第2半導體層12。含有氮化鎵之第1半導體層11及第2半導體層12係例如，可於藍寶石基板上，以MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法使其結晶成長者。或者，作為基板10而使用矽基板亦可。
接合於在第1半導體層11之基板10的面則為半導體層15之第1的面15a，而第2半導體層12的表面則為半導體層15之第2的面15b。
接著，使用未圖示之光阻劑，例如由Reactive Ion Etching(RIE)法，如圖8A及其下面圖之圖8B所示，形成貫通半導體層15而到達至基板10的溝80。溝80係在晶圓狀態之基板10上，例如形成為格子狀，再將半導體層15，在基板10上分離成複數的晶片。
然而，將半導體層15分離成複數之工程係在後述之第2半導體層12之選擇性除去後，或者電極之形成後進行亦可。
接著，使用未圖示之光阻劑，例如以RIE法，如圖9A及其下面圖之圖9B所示，除去第2半導體層12之一部分，使第1半導體層11之一部分露出。露出有第1半導體層11之範圍係未含有活性層13。
接著，如圖10A及其下面圖之圖10B所示，於半導體層15之第2的面，形成p側電極16與n側電極17。p側電極16係形成於第2半導體層12的表面。n側電極17係形成於第1半導體層11的露出面。
p側電極16及n側電極17係例如以濺鍍法，蒸鍍法等而形成。p側電極16與n側電極17係先形成任一均可，亦可以相同材料同時形成。
p側電極16係對於活性層13之發光光而言具有反射性，例如，包含銀，銀合金，鋁，鋁合金等。另外，為了p側電極16之硫化，氧化防止，亦可為含有金屬保護膜(阻障金屬)的構成。
另外，於p側電極16與n側電極17之間，或活性層 13之端面(側面)，作為鈍化膜，例如以chemical vapor deposition(CVD)法形成矽氮化膜或矽氧化膜亦可。另外，為了取得各電極與半導體層之電阻接觸之活性化退火等係因應必要而實施。
接著，以圖11A所示之絕緣膜18被覆基板10之主面上之露出的部份所有之後，例如經由濕蝕刻而將絕緣膜18圖案化，選擇性地形成第1開口18a與第2開口18b於絕緣膜18。第1開口18a係加以複數形成，各第1開口18a係到達至p側電極16。第2開口18b係到達至n側電極17。
作為絕緣膜18係例如，可使用感光性聚醯亞胺，苯并環丁烯(Benzocyclobutene)等之有機材料者。此情況，未使用光阻劑而對於絕緣膜18而言，可直接曝光及顯像。
或者，將矽氮化膜或矽氧化膜等之無機膜作為絕緣膜18而使用亦可。絕緣膜18為無機膜之情況，經由將形成於絕緣膜18上之光阻劑進行圖案化之後的蝕刻，而形成第1開口18a及第2開口18b。
接著，於絕緣膜18的表面，第1開口18a之內壁(側壁及底部)，及第2開口18b之內壁(側壁及底部)，如圖11B所示，形成金屬膜19。金屬膜19係作為後述之電鍍之金屬種而使用。
金屬膜19係例如以濺鍍法而形成。金屬膜19係有例如，包含從絕緣膜18側依序加以層積之鈦(Ti)與銅 (Cu)之層積膜。或者，取代鈦膜而使用鋁膜亦可。
接著，如圖11C所示，於金屬膜19上選擇性地形成光阻劑91，進行將金屬膜19作為電流路徑之Cu電解電鍍。
由此，如圖12A及其下面圖之圖12B所示，於金屬膜19上，選擇性地形成p側配線層21與n側配線層22。p側配線層21及n側配線層22係經由電鍍法而同時加以形成之例如銅材料所成。
p側配線層21係亦形成於第1開口18a內，藉由金屬膜19而與p側電極16加以電性連接。n側配線層22係亦形成於第2開口18b內，藉由金屬膜19而與n側電極17加以電性連接。
使用於p側配線層21及n側配線層22之電鍍的光阻劑91係使用溶劑或氧電漿而除去。
接著，如圖13A及其下面圖之圖13B所示，形成金屬柱形成用的光阻劑92。光阻劑92係較前述之光阻劑91為厚。然而，在前工程，光阻劑91係未除去而殘留，重疊光阻劑92於其光阻劑91而形成亦可。對於光阻劑92係形成第1之開口92a與第2之開口92b。
並且，將光阻劑92使用於光罩，進行將金屬膜19作為電流路徑之Cu電解電鍍。由此，如圖14A及其下面圖之圖14B所示，形成p側金屬柱23與n側金屬柱24。
p側金屬柱23係在形成於光阻劑92之第1開口92a內，形成於p側配線層21之表面上。n側金屬柱24係在 形成於光阻劑92之第2開口92b內，形成於n側配線層22之表面上。p側金屬柱23及n側金屬柱24係經由電鍍法而同時加以形成之例如銅材料所成。
光阻劑92係如圖15A所示，例如使用溶劑或氧電漿而除去。之後，將金屬柱23，n側金屬柱24，p側配線層21及n側配線層22作為光罩，經由濕蝕刻而除去金屬膜19之露出的部分。由此，如圖15B所示，分斷藉由p側配線層21及n側配線層22之間的金屬膜19之電性連接。
接著，如圖16A所示，對於絕緣膜18而言層積樹脂層25。樹脂層25係被覆p側配線層21，n側配線層22，p側金屬柱23及n側金屬柱24。
樹脂層25係具有絕緣性。另外，對於樹脂層25，例如含有碳黑，對於活性層13之發光光而言賦予遮光性亦可。
接著，如圖16B所示，除去基板10。基板10為藍寶石基板之情況，例如，可經由雷射剝離法而除去基板10。具體而言，從基板10之背面側朝向第1半導體層11而照射雷射光。雷射光係對於基板10而言具有透過性，對於第1半導體層11而言係具有成為吸收範圍之波長。
雷射光則到達至基板10與第1之半導體層11之界面時，其界面附近的第1半導體層11係吸收雷射光的能量而進行分解。第1半導體層11係分解為鎵(Ga)與氮氣。經由此分解反應，於基板10與第1半導體層11之間 形成有微小之間隙，基板10與第1半導體層11則產生分離。
將雷射光的照射，對於各所設定之範圍分為複數次遍佈晶圓全體而進行，除去基板10。
對於基板10為矽基板之情況，可經由蝕刻而除去基板10。
形成於基板10之主面上的前述層積體係經由較半導體層15為厚之p側金屬柱23，n側金屬柱24及樹脂層25加以補強之故，即使未有基板10而亦可保持晶圓狀態者。
另外，樹脂層25，構成p側金屬柱23及n側金屬柱24之金屬，均比較於半導體層15而為柔軟的材料。於如此之柔軟之支持體支持有半導體層15。因此，在使半導體層15磊晶成長於基板10上時產生之大的內部應力，即使在基板10的剝離時一口氣加以開放，亦可回避破壞有半導體層15之情況。
接著，洗淨去除基板10之半導體層15之第1的面15a。例如，以希氟酸等，除去附著於第1的面15a的鎵(Ga)。
之後，因應必要，例如，以KOH(氫氧化鉀)水溶液或TMAH(氫氧化四甲基銨)等，濕蝕刻第1的面15a。經由此，經由依存於結晶面方位之蝕刻速度的不同，形成有凹凸於第1的面15a，而可提升光取出效率。
接著，如圖17B所示，於第1的面15a上形成螢光反 射膜35，更於螢光反射膜35上形成螢光體層30。螢光反射膜35及螢光體層30係亦形成於鄰接之半導體層15間的絕緣膜18上。
作為螢光反射膜35，例如可以CVD法而形成矽氮化膜。之後，將分散有螢光體32及散射粒子33之液狀樹脂，例如經由印刷，裝填，鑄模，壓縮成形等之方法而供給至螢光反射膜35上之後，使其熱硬化，形成螢光體層30。
接著，研削樹脂層25之表面(在圖17B的下面)，如圖18A及其下面圖之圖18B所示，使p側外部端子23a及n側外部端子24a露出。
之後，在前述之溝80的位置，切斷螢光體層30，螢光反射膜35，絕緣膜18及樹脂層25，個片化成複數之半導體發光裝置1。例如，使用切割刀片而加以切斷。或者經由雷射照射而進行切斷亦可。
切割時，既已除去基板10。更且，對於溝80係未存在有半導體層15之故，在切割時可回避半導體層15所受到之損傷。另外，由未有個片化後之追加工程，得到以絕緣膜18被覆保護半導體層15之端部(側面)的構造。
然而，加以個片化之半導體發光裝置1係均可為含有一個的半導體層15之單晶片構造，以及含有複數之半導體層15多晶片構造。
至切割之前的前述各工程係在晶圓狀態一次加以進行之故，於加以個片化之各個裝置，無需進行配線及封裝， 而成為減低大幅的之生產成本。即，在加以個片化之狀態，既已完成配線及封裝。因此，可提高生產性，作為其結果而價格減低則變為容易。
另外，對於第1的面15a上係如圖19A~C及圖20所示之半導體發光裝置2，設置透鏡36亦可。透鏡36係不限於凹形狀，而凸形狀亦可。
圖19A係實施形態之變形例的半導體發光裝置2之模式斜視圖。圖19B係在圖19A之A-A剖面圖。圖19C係在圖19A之B-B剖面圖。
圖20係具有安裝半導體發光裝置2於安裝基板200上之構成的發光模組的模式剖面圖。
如圖19A及C所示，p側金屬柱23之一部分的側面係在與半導體層15之第1的面15a及第2的面不同之面方位之第3的面25b，從樹脂層25露出。其露出面係作為為了安裝於外部之安裝基板的p側外部端子23b而發揮機能。
第3的面25b係對於半導體層15之第1的面15a及第2的面而言為略垂直的面。樹脂層25係例如具有矩形狀之4個側面，其中一個側面則成為第3的面25b。
在其相同第3的面25b，n側金屬柱24之一部分的側面則從樹脂層25露出。其露出面係作為為了安裝於外部之安裝基板的n側外部端子24b而發揮機能。
另外，如圖19A所示，p側配線層21之一部分的側面21b亦在第3的面25b，從樹脂層25露出，作為p側外 部端子而發揮機能。同樣地，n側配線層22之一部分的側面22b亦在第3的面25b，從樹脂層25露出，作為n側外部端子而發揮機能。
在p側金屬柱23中，在第3的面25b露出之p側外部端子23b以外的部分係由樹脂層25加以被覆。另外，在n側金屬柱24中，在第3的面25b露出之n側外部端子24b以外的部分係由樹脂層25加以被覆。
另外，在p側配線層21中，在第3的面25b露出之側面21b以外的部分係由樹脂層25加以被覆。更且，在n側配線層22中，在第3的面25b露出之側面22b以外的部分係由樹脂層25加以被覆。
此半導體發光裝置2係如圖20所示，以將第3的面25b朝向安裝基板200之安裝面201的姿勢加以安裝。在第3的面25b露出之p側外部端子23b及n側外部端子24b係各對於形成於安裝面201之墊片202而言，藉由焊錫203而加以接合。對於安裝基板200之安裝面201係亦形成有配線圖案，墊片202係與其配線圖案加以連接。
第3的面25b係對於光的主要出射面之第1的面15a而言為略垂直。隨之，以將第3的面25b朝向下方之安裝面201側的姿勢，第1的面15a係並非安裝面201之上方，而朝向橫方向。即，半導體發光裝置2係於將安裝面201作為水平面之情況，釋放光於橫方向，所謂側視形式之半導體發光裝置。
圖21B係經由實施形態之其他變形例之半導體發光裝 置3的模式剖面圖。
在半導體發光裝置3中，於p側電極16的表面及側面，設置有被覆p側電極16之p側墊片51。p側電極16係含有可與含於半導體層15的鎵(Ga)形成合金之例如，鎳(Ni)，金(Au)及銠(Rh)之中的至少1個。p側墊片51係較p側電極16對於活性層13之發光光而言之反射率為高，而作為主成分，例如含有銀(Ag)。另外，p側墊片51係從氧化或腐蝕保護p側電極16。
另外，於n側電極17的表面及側面，設置有被覆n側電極17之n側墊片52。n側電極17係含有可與含於半導體層15的鎵(Ga)形成合金之例如，鎳(Ni)，金(Au)及銠(Rh)之中的至少1個。n側墊片52係較n側電極17對於活性層13之發光光而言之反射率為高，而作為主成分，例如含有銀(Ag)。另外，n側墊片52係從氧化或腐蝕保護n側電極17。
對於在半導體層15之第2的面之p側電極16之周圍及n側電極17之周圍，係例如設置有矽氧化膜，矽氮化膜等之絕緣膜53。絕緣膜53係設置於p側電極16與n側電極17之間，及p側墊片51與n側墊片52之間。
對於絕緣膜53上，p側墊片51上及n側墊片52上，係例如設置有矽氧化膜，矽氮化膜等之絕緣膜54。另外，絕緣膜54係亦設置於半導體層15之側面15c，被覆側面15c。
對於絕緣膜54上係設置有p側配線層21與n側配線 層22。p側配線層21係通過形成於絕緣膜54之第1開口54a而連接於p側墊片51。n側配線層22係通過形成於絕緣膜54之第2開口54b而連接於n側墊片52。
在此構造中，p側配線層21係如圖21B所示，藉由複數之貫孔21a而連接於p側墊片51亦可，而或者，亦可藉由較貫孔21a平面尺寸大之1個柱體而連接於p側墊片51。
對於p側配線層21上係設置有較p側配線層21為厚之p側金屬柱23。對於n側配線層22上係設置有較n側配線層22為厚之n側金屬柱24。
對於絕緣膜54而言層積有樹脂層25。樹脂層25係被覆含有p側配線層21及p側金屬柱23之p側配線部，和含有n側配線層22及n側金屬柱24的n側配線部。但對於在p側金屬柱23之p側配線層21而言之相反側的面(在圖下面)係從樹脂層25露出，作為p側外部端子23a而發揮機能。同樣地對於在n側金屬柱24之n側配線層22而言之相反側的面(在圖下面)係從樹脂層25露出，作為n側外部端子24a而發揮機能。
或者，亦可使p側金属柱23之側面，和n側金属柱24之側面露出，作為側視形式之半導體發光裝置。
樹脂層25係於在基板10上將半導體層15分離成複數之前述的溝80內，藉由絕緣膜54加以充填。隨之，半導體層15之側面15c係由無機膜之絕緣膜54，和樹脂層25加以被覆而保護。
然而，在前述之實施形態中，未設置p側金屬柱23及n側金屬柱24，而使p側配線層21及n側配線層22對於安裝基板的墊片而言接合亦可。
另外，p側配線層21與p側金屬柱23係不限於各自獨立體，而以相同工程一體形成p側配線層21與p側金屬柱23而構成p側配線部亦可。同樣地，n側配線層22與n側金屬柱24係不限於各自獨立體，而以相同工程而一體地設置n側配線層22與n側金屬柱24，而構成n側配線部亦可。
如根據以上說明之實施形態，可併存有半導體發光裝置之高效率化或與色度之均等化，而得到高效率，未有色度不勻之半導體發光裝置，例如適合於照明用。
雖說明過本發明之幾個實施形態，但此等實施形態係作為例而提示之構成，未意圖限定發明之範圍。此等新穎的實施形態係可以其他種種形態而實施，在不脫離發明之內容範圍，可進行種種省略，置換，變更。此等實施形態或其變形係含於發明之範圍或內容同時，含於記載於申請專利範圍之發明與其均等之範圍。
1‧‧‧半導體發光裝置
4‧‧‧p型半導體層
5‧‧‧活性層
6‧‧‧n型半導體層
8‧‧‧發光元件
10‧‧‧基板
11‧‧‧第1半導體層
12‧‧‧第2半導體層
13‧‧‧活性層
15‧‧‧半導體層
15a‧‧‧第1的面
15b‧‧‧第2的面
15c‧‧‧側面
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
18‧‧‧絕緣膜
18a‧‧‧第1的開口
18b‧‧‧第2的開口
19‧‧‧金屬膜
21‧‧‧p側配線層
21a‧‧‧貫孔
22‧‧‧n側配線層
23‧‧‧p側金屬柱
23a‧‧‧p側外部端子
24‧‧‧n側金屬柱
24a‧‧‧n側外部端子
25‧‧‧樹脂層
25b‧‧‧第3的開口
31‧‧‧樹脂層
30‧‧‧螢光體層
32‧‧‧螢光體
33‧‧‧散射粒子
35‧‧‧螢光反射膜
36‧‧‧上塗層膜
51‧‧‧p側墊片
52‧‧‧n側墊片
53‧‧‧絕緣膜
54‧‧‧絕緣膜
54a‧‧‧第1的開口
54b‧‧‧第2的開口
80‧‧‧溝
91‧‧‧光阻劑
92‧‧‧光阻劑
92a‧‧‧第1的開口
92b‧‧‧第2的開口
200‧‧‧安裝基板
201‧‧‧安裝面
202‧‧‧墊片
203‧‧‧焊錫
92a‧‧‧第1的開口
92b‧‧‧第2的開口
圖1A及B係包含實施形態之發光元件，螢光反射膜及螢光體層之層積構造的模式剖面圖。
圖2A係在實施形態之散射粒子的光散射特性圖，圖2B係在實施形態之螢光反射膜的特性圖。
圖3A~D係顯示各在第1比較例之發光元件及螢光體層的模式剖面，激發光亮度分布，螢光亮度分布，色度分布的圖。
圖4A~D係顯示各在第2比較例之發光元件及螢光體層的模式剖面，激發光亮度分布，螢光亮度分布，色度分布的圖。
圖5A~D係顯示各在實施形態之發光元件及螢光體層的模式剖面，激發光亮度分布，螢光亮度分布，色度分布的圖。
圖6係實施形態的半導體發光裝置之模式剖面圖。
圖7A~圖18B係顯示實施形態的半導體發光裝置之製造方法的模式剖面圖。
圖19A~C係實施形態之半導體發光裝置之變形例之模式剖面圖。
圖20係安裝圖19所示之半導體發光裝置於安裝基板的狀態之模式剖面圖。
圖21A及B係實施形態的半導體發光裝置之其他變形例之模式剖面圖。
4‧‧‧p型半導體層
5‧‧‧活性層
6‧‧‧n型半導體層
7‧‧‧半導體層
8‧‧‧發光元件
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧樹脂層
32‧‧‧螢光體
33‧‧‧散射粒子
35‧‧‧螢光反射膜
36‧‧‧上塗層膜

Claims (17)

  1. 一種半導體發光裝置，其特徵為具備：發射激發光的發光元件，和設置於前述發光元件上之螢光體層，其中，具有前述透明媒體，和分散於前述透明媒體中，經由前述激發光所激發而發射螢光之螢光體，和分散於前述透明媒體中，前述激發光的波長之1/10以下之大小，且與前述透明媒體不同折射率之粒子的螢光體層，和設置於前述發光元件與前述螢光體層之間，較對於前述激發光的波長而言之反射率，對於前述螢光體之螢光波長而言具有高反射率之螢光反射膜。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述粒子之平均粒徑為15nm以上，45nm以下者。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述發光元件係具有：包含第1的面，與其相反側之第2的面，與活性層之半導體層，和設置於在包含前述活性層之範圍之前述第2的面之p側電極，和設置於在未包含前述活性層之範圍之前述第2的面之n側電極。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，更具備：設置於前述第2的面側，具有通過於前述第p側電極之第1的開口，與通過於前述n側電極之第2 的開口之第1絕緣膜，和設置於前述第1絕緣膜上，通過前述第1的開口而與前述p側電極加以電性連接之p側配線部，和設置於前述第1絕緣膜上，通過前述第2的開口而與前述n側電極加以電性連接之n側配線部者。
  5. 如申請專利範圍第4項記載之半導體發光裝置，其中，前述第1絕緣膜係被覆從前述半導體層之前述第1的面持續之側面。
  6. 如申請專利範圍第4項記載之半導體發光裝置，其中，更具備：設置於前述p側配線部與前述n側配線部之間的第2絕緣膜。
  7. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，前述第2絕緣膜係被覆前述p側配線部之周圍及前述n側配線部之周圍。
  8. 如申請專利範圍第4項記載之半導體發光裝置，其中，前述p側配線部係具有：設置於前述第1的開口內及前述第1絕緣膜上之p側配線層，和設置於前述p側配線層上，較前述p側配線層為厚之p側金屬柱，前述n側配線部係具有：設置於前述第2的開口內及前述第1絕緣膜上之n側配線層，和設置於前述n側配線層上，較前述n側配線層為厚 之n側金屬柱者。
  9. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述透明媒體係為樹脂層。
  10. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述螢光反射膜係為矽氮化膜。
  11. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，更具備設置於前述螢光體層上之上塗層膜。
  12. 如申請專利範圍第11項記載之半導體發光裝置，其中，前述上塗層膜係為矽氮化膜。
  13. 如申請專利範圍第11項記載之半導體發光裝置，其中，前述上塗層膜係為矽氧化膜。
  14. 如申請專利範圍第11項記載之半導體發光裝置，其中，前述上塗層膜係為LiF膜。
  15. 如申請專利範圍第11項記載之半導體發光裝置，其中，前述上塗層膜係具有前述螢光體層之前述透明媒體之折射率，與空氣之折射率之間的折射率。
  16. 如申請專利範圍第11項記載之半導體發光裝置，其中，前述螢光體層之前述透明媒體係為樹脂層，前述上塗層膜係黏著性較前述樹脂層為低。
  17. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，將前述發光元件的激發光波長作為λ，將前述螢光體層之前述透明媒體之折射率作為n時，前述粒子的粒徑係為λ/10n。
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