TW201537781A - 半導體發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施形態提供一種可靠性較高之半導體發光裝置及其製造方法。 實施形態之半導體發光裝置中，第1電極及第2電極係於半導體層之第2側設置於半導體層。第1絕緣膜覆蓋半導體層之第2側。在第1絕緣膜與第1配線部之間，設置有第1配線部與第2配線部之間所設置之第2絕緣膜之一部分。

Description

半導體發光裝置及其製造方法 [相關申請案]
本申請案享有以日本專利申請案2014-65822號(申請日：2014年3月27日)作為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之所有內容。
本發明之實施形態係關於一種半導體發光裝置及其製造方法。
提出一種於包含發光層之半導體層之一側設置有螢光體層、於另一側設置有電極、配線層及樹脂層之晶片尺寸封裝(Chip Scale Package)構造之半導體發光裝置，於實用化方面要求較高之可靠性。
本發明之實施形態提供一種可靠性較高之半導體發光裝置及其製造方法。
根據實施形態，半導體發光裝置包括：半導體層，其包含：第1側、第2側、及設置於上述第1側與上述第2側之間之發光層；第1電極，其於上述半導體層之上述第2側，設置於上述半導體層；第2電極，其於上述半導體層之上述第2側，設置於上述半導體層；第1絕緣膜，其覆蓋上述半導體層之上述第2側；第1配線部，其設置於上述第1絕緣膜上，並且連接於上述第1電極；第2配線部，其設置於上述第1絕緣膜上，並且連接於上述第2電極；及第2絕緣膜，其設置於上述第1配線部與上述第2配線部之間。在上述第1絕緣膜與上述第1配線部之 間，設置有上述第2絕緣膜之一部分。
10‧‧‧基板
11‧‧‧第1半導體層
12‧‧‧第2半導體層
13‧‧‧發光層
15‧‧‧半導體層
15a‧‧‧半導體層15之第1面
15b‧‧‧半導體層15之第2面
15c‧‧‧半導體層15之側面
15e‧‧‧包含發光層13之部分
15f‧‧‧不包含發光層13之部分
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
17c‧‧‧接觸部
18‧‧‧絕緣膜
18a‧‧‧第1開口
18b‧‧‧第2開口
19‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側配線層
21a‧‧‧通孔
21b‧‧‧p側配線層21之端部
21c‧‧‧p側配線層21之邊緣
22‧‧‧n側配線層
22a‧‧‧通孔
22b‧‧‧n側配線層22之端部
22c‧‧‧n側配線層22之邊緣(側面)
23‧‧‧p側金屬支柱
23a‧‧‧p側外部端子
24‧‧‧n側金屬支柱
24a‧‧‧n側外部端子
25‧‧‧樹脂層
25a‧‧‧樹脂層25之一部分
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧螢光體
32‧‧‧結合材料
35‧‧‧透明層
41‧‧‧p側配線部
43‧‧‧n側配線部
51‧‧‧反射膜
60‧‧‧金屬膜
61‧‧‧基底金屬膜
61a‧‧‧基底金屬膜61之邊緣
62‧‧‧密接層
62a‧‧‧密接層(鈦膜)62之邊緣
63‧‧‧籽晶層
70‧‧‧空隙
80‧‧‧金屬膜
90‧‧‧溝槽
91‧‧‧抗蝕劑遮罩
92‧‧‧抗蝕劑遮罩
100‧‧‧支持體
A‧‧‧部分
c‧‧‧龜裂
L‧‧‧長度
t‧‧‧膜厚
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖。
圖2(a)及(b)係實施形態之半導體發光裝置之模式俯視圖。
圖3(a)係圖3(b)中之A部之模式放大剖視圖，圖3(b)係實施形態之半導體發光裝置之局部剖面之電子顯微鏡圖像。
圖4(a)~圖11(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖視圖。
圖12(a)及(b)係實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖。
圖13(a)係實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖，圖13(b)係參照例之半導體發光裝置之模式剖視圖。
圖14係另一實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖。
以下，參照圖式，對實施形態進行說明。再者，於各圖式中，對相同要素標示相同之符號。
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖。
圖2(a)係表示實施形態之半導體發光裝置中之p側電極16與n側電極17之平面佈局之一例的模式俯視圖。圖1與圖2(a)中之A-A'剖面對應。圖2(a)與去掉圖1中之配線部41、43、樹脂層25、絕緣膜18、及反射膜51而觀察半導體層15之第2面側之圖對應。又，圖2(a)與圖5(b)之積層體(除基板10以外)之俯視圖對應。
圖2(b)係實施形態之半導體發光裝置之安裝面(圖1之半導體發光裝置之下表面)之模式俯視圖。
實施形態之半導體發光裝置包括具有發光層13之半導體層15。半導體層15具有作為光提取側之第1面(第1側)15a、及其相反側之第2面(第2側)15b(參照圖4(a))。
如圖5(a)所示，半導體層15之第2面15b具有包含發光層13之部分(發光區域)15e、及不包含發光層13之部分(非發光區域)15f。包含發光層13之部分15e係於半導體層15中積層有發光層13之部分。不包含發光層13之部分15f係於半導體層15中未積層發光層13之部分。包含發光層13之部分15e表示成為能夠將發光層13發出之光提取至外部之積層構造的區域。
於第2面側，在包含發光層13之部分15e上，設置有p側電極16作為第1電極，於不包含發光層之部分15f上，設置有n側電極17作為第2電極。
於圖2(a)所示之例中，不包含發光層13之部分15f包圍包含發光層13之部分15e，n側電極17包圍p側電極16。
通過p側電極16與n側電極17對發光層13供給電流，從而發光層13發光。繼而，自發光層13放射之光係自第1面15a側向半導體發光裝置之外部出射。
如圖1所示，於半導體層15之第2面側設置有支持體100。包含半導體層15、p側電極16及n側電極17之發光元件由設置於第2面側之支持體100支持。
於半導體層15之第1面15a側，設置有螢光體層30作為對半導體發光裝置之發射光賦予所需之光學特性之光學層。螢光體層30包含複數個粒子狀之螢光體31。螢光體31由發光層13之放射光激發，而放射與該放射光為不同波長之光。
複數個螢光體31藉由結合材料32而一體化。結合材料32使發光層13之放射光及螢光體31之放射光透過。此處，所謂「透過」，並不限定於透過率為100%之情況，亦包含吸收光之一部分之情形。
半導體層15具有第1半導體層11、第2半導體層12、及發光層13。發光層13設置於第1半導體層11與第2半導體層12之間。第1半導體層 11及第2半導體層12例如含有氮化鎵。
第1半導體層11例如包含基底緩衝層、n型GaN層。第2半導體層12例如包含p型GaN層。發光層13包含發出藍、紫、藍紫、紫外光等之材料。發光層13之發光峰值波長例如為430~470nm。
半導體層15之第2面被加工成凹凸形狀。其凸部為包含發光層13之部分15e，凹部為不包含發光層13之部分15f。包含發光層13之部分15e之表面為第2半導體層12之表面，於第2半導體層12之表面設置有p側電極16。不包含發光層13之部分15f之表面為第1半導體層11之表面，於第1半導體層11之表面設置有n側電極17。
於半導體層15之第2面，包含發光層13之部分15e之面積較不包含發光層13之部分15f之面積大。又，設置於包含發光層13之部分15e之表面之p側電極16之面積較設置於不包含發光層13之部分15f之表面之n側電極17之面積大。藉此，可獲得較寬之發光面，而能夠使光輸出較高。
如圖2(a)所示，n側電極17具有例如4條直線部，於其中之1條直線部，設置有於該直線部之寬度方向上突出之接觸部17c。於該接觸部17c之表面，如圖1所示般連接n側配線層22之通孔22a。
如圖1所示，半導體層15之第2面、p側電極16及n側電極17由絕緣膜(第1絕緣膜)18覆蓋。絕緣膜18例如為氧化矽膜等無機絕緣膜。絕緣膜18亦設置於發光層13之側面及第2半導體層12之側面，並覆蓋該等側面。
又，絕緣膜18亦設置於半導體層15之自第1面15a連續之側面(第1半導體層11之側面)15c，並覆蓋該側面15c。
進而，絕緣膜18亦設置於半導體層15之側面15c周圍之晶片外區域。設置於晶片外區域之絕緣膜18於第1面15a側向遠離側面15c之方向延伸。
於絕緣膜18上，相互分離地設置有作為第1配線層之p側配線層21、及作為第2配線層之n側配線層22。如圖6(b)所示，於絕緣膜18，形成通向p側電極16之複數個第1開口18a、及通向n側電極17之接觸部17c之第2開口18b。再者，第1開口18a亦可為更大之1個開口。
p側配線層21設置於絕緣膜18上及第1開口18a之內部。p側配線層21係經由設置於第1開口18a內之通孔21a而與p側電極16電性連接。
n側配線層22設置於絕緣膜18上及第2開口18b之內部。n側配線層22係經由設置於第2開口18b內之通孔22a而與n側電極17之接觸部17c電性連接。
p側配線層21及n側配線層22佔據第2面側之區域之大部分並於絕緣膜18上擴展。p側配線層21經由複數個通孔21a與p側電極16連接。
又，反射膜51介隔絕緣膜18覆蓋半導體層15之側面15c。反射膜51不與側面15c相接，而不相對於半導體層15電性連接。反射膜51相對於p側配線層21及n側配線層22分離。反射膜51對發光層13之放射光及螢光體31之放射光具有反射性。
反射膜51、p側配線層21及n側配線層22包含藉由例如鍍敷法而同時形成於圖7(a)所示之共用之金屬膜60上之銅膜。
構成反射膜51、p側配線層21及n側配線層22之例如銅膜係藉由鍍敷法而形成於絕緣膜18上所形成之金屬膜60上。反射膜51、p側配線層21及n側配線層22各自之厚度較金屬膜60之厚度厚。
金屬膜60具有自絕緣膜18側起依序積層之基底金屬膜61、密接層62、及籽晶層63。
基底金屬膜61為對發光層13之放射光具有較高之反射性之例如鋁膜。
籽晶層63為用以藉由鍍敷而使銅析出之銅膜。密接層62為相對於鋁及銅之兩者之潤濕性優異之例如鈦膜。
再者，於半導體層15之側面15c周圍之晶片外區域，亦可不於金屬膜60上形成鍍敷膜(銅膜)，而由金屬膜60形成反射膜51。反射膜51至少包含鋁膜61，藉此對發光層13之放射光及螢光體31之放射光具有較高之反射率。
又，於p側配線層21及n側配線層22之下方亦殘留基底金屬膜(鋁膜)61，因此鋁膜61係於第2面側之大部分區域擴展而形成。藉此，可增大朝向螢光體層30側之光之量。
於p側配線層21之與半導體層15為相反側之面，設置有作為第1金屬支柱之p側金屬支柱23。p側配線層21及p側金屬支柱23形成p側配線部(第1配線部)41。
於n側配線層22之與半導體層15為相反側之面，設置有作為第2金屬支柱之n側金屬支柱24。n側配線層22及n側金屬支柱24形成n側配線部(第2配線部)43。
在p側配線部41與n側配線部43之間，設置有樹脂層25作為第2絕緣膜。樹脂層25係以與p側金屬支柱23之側面及n側金屬支柱24之側面相接之方式，設置於p側金屬支柱23與n側金屬支柱24之間。即，在p側金屬支柱23與n側金屬支柱24之間，填充有樹脂層25。
又，樹脂層25設置於p側配線層21與n側配線層22之間、p側配線層21與反射膜51之間、及n側配線層22與反射膜51之間。
樹脂層25設置於p側金屬支柱23之周圍及n側金屬支柱24之周圍，覆蓋p側金屬支柱23之側面及n側金屬支柱24之側面。
又，樹脂層25亦設置於半導體層15之側面15c周圍之晶片外區域，並覆蓋反射膜51。
p側金屬支柱23之與p側配線層21為相反側之端部(面)自樹脂層25露出，作為可與安裝基板等之外部電路連接之p側外部端子23a而發揮功能。n側金屬支柱24之與n側配線層22為相反側之端部(面)自樹脂層 25露出，作為可與安裝基板等之外部電路連接之n側外部端子24a而發揮功能。p側外部端子23a及n側外部端子24a經由例如焊料、或導電性接合材料而接合於安裝基板之焊盤圖案。
如圖2(b)所示，p側外部端子23a及n側外部端子24a係於樹脂層25之相同面內相隔且並列地形成。p側外部端子23a形成為例如矩形狀，n側外部端子24a形成為切除與p側外部端子23a之矩形為相同尺寸之矩形中之2個角所得之形狀。藉此，可辨別外部端子之極性。當然，亦可將n側外部端子24a設為矩形狀，將p側外部端子23a設為切除矩形之角所得之形狀。
p側外部端子23a與n側外部端子24a之間隔較絕緣膜18上之p側配線層21與n側配線層22之間隔寬。p側外部端子23a與n側外部端子24a之間隔大於安裝時之焊料之擴展寬度。藉此，可防止通過焊料之p側外部端子23a與n側外部端子24a之間之短路。
相對於此，p側配線層21與n側配線層22之間隔可縮窄至製程上之極限。因此，可謀求p側配線層21之面積、及p側配線層21與p側金屬支柱23之接觸面積之擴大。藉此，可促進發光層13之熱之釋放。
又，p側配線層21通過複數個通孔21a而與p側電極16相接之面積較n側配線層22通過通孔22a而與n側電極17相接之面積大。藉此，可使於發光層13中流通之電流之分佈均勻化。
於絕緣膜18上擴展之n側配線層22之面積可大於n側電極17之面積。而且，可使設置於n側配線層22上之n側金屬支柱24之面積(n側外部端子24a之面積)大於n側電極17。藉此，可確保可靠性較高且對安裝而言充分之n側外部端子24a之面積，並且可使n側電極17之面積縮小。即，可縮小半導體層15中之不包含發光層13之部分(非發光區域)15f之面積，擴大包含發光層13之部分(發光區域)15e之面積而提高光輸出。
第1半導體層11係經由n側電極17及n側配線層22而與n側金屬支柱24電性連接。第2半導體層12係經由p側電極16及p側配線層21而與p側金屬支柱23電性連接。
p側金屬支柱23之厚度(將p側配線層21與p側外部端子23a連結之方向之厚度)較p側配線層21之厚度厚。n側金屬支柱24之厚度(將n側配線層22與n側外部端子24a連結之方向之厚度)較n側配線層22之厚度厚。p側金屬支柱23、n側金屬支柱24及樹脂層25各自之厚度較半導體層15厚。
金屬支柱23、24之縱橫比(厚度相對於平面尺寸之比)既可大於等於1，亦可小於1。即，金屬支柱23、24既可較其平面尺寸厚，亦可較其平面尺寸薄。
包含p側配線層21、n側配線層22、p側金屬支柱23、n側金屬支柱24及樹脂層25之支持體100之厚度較包含半導體層15、p側電極16及n側電極17之發光元件(LED(Light Emitting Diode，發光二極體)晶片)之厚度厚。
如下上述，半導體層15係藉由磊晶成長法而形成於基板上。該基板於形成支持體100後被去除，從而半導體層15於第1面15a側不包含基板。半導體層15並非由剛直之板狀之基板支持，而是由包含金屬支柱23、24與樹脂層25之複合體之支持體100支持。
作為p側配線部41及n側配線部43之材料，例如可使用銅、金、鎳、銀等。若使用其等中之銅，則可提高良好之導熱性、較高之遷移耐性及相對於絕緣材料之密接性。
樹脂層25補強p側金屬支柱23及n側金屬支柱24。樹脂層25較理想為使用熱膨脹率與安裝基板相同或接近者。作為此種樹脂層25，例如可列舉主要包含環氧樹脂之樹脂、主要包含聚矽氧樹脂之樹脂、主要包含氟樹脂之樹脂。
又，於成為樹脂層25中之基底之樹脂中包含遮光材料(光吸收劑、光反射劑、光散射劑等)，從而樹脂層25對發光層13發出之光具有遮光性。藉此，可抑制自支持體100之側面及安裝面側之漏光。
因安裝半導體發光裝置時之熱循環，而將使p側外部端子23a及n側外部端子24a接合於安裝基板之焊盤之焊料等所引起之應力施加至半導體層15。p側金屬支柱23、n側金屬支柱24及樹脂層25吸收並緩和該應力。尤其是藉由將較半導體層15柔軟之樹脂層25用作支持體100之一部分，可提高應力緩和效果。
反射膜51相對於p側配線部41及n側配線部43分離。因此，於安裝時施加至p側金屬支柱23及n側金屬支柱24之應力不會傳遞至反射膜51。因此，可抑制反射膜51之剝離。又，可抑制施加至半導體層15之側面15c側之應力。
如下所述，形成半導體層15所使用之基板係自半導體層15被去除。藉此，使半導體發光裝置薄化。又，藉由去除基板，可於半導體層15之第1面15a形成微小凹凸，從而可謀求光提取效率之提高。
例如，對第1面15a進行使用鹼系溶液之濕式蝕刻而形成微小凹凸。藉此，減少第1面15a中之全反射成分，從而可提高光提取效率。
於去除基板後，在第1面15a上介隔絕緣膜19而形成螢光體層30。絕緣膜19作為提高半導體層15與螢光體層30之密接性之密接層而發揮功能，例如為氧化矽膜、氮化矽膜。
螢光體層30具有於結合材料32中分散有複數個粒子狀之螢光體31之構造。對於結合材料32，例如可使用聚矽氧樹脂。
螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c周圍之晶片外區域上。因此，螢光體層30之平面尺寸大於半導體層15之平面尺寸。於晶片外區域內，在絕緣膜18上設置有螢光體層30。
螢光體層30被限定於半導體層15之第1面15a上、及鄰接於半導體 層15之側面15c之區域上，並未包圍半導體層15之第2面側、金屬支柱23、24之周圍、及支持體100之側面而形成。螢光體層30之側面與支持體100之側面(樹脂層25之側面)對齊。
即，實施形態之半導體發光裝置為晶片尺寸封裝構造之非常小型之半導體發光裝置。因此，於應用於例如照明用燈具等時，燈具設計之自由度變高。
又，於不將光提取至外部之安裝面側未多餘地形成螢光體層30，從而可謀求降低成本。又，即便於第1面15a側不存在基板，亦能夠經由在第2面側擴展之p側配線層21及n側配線層22使發光層13之熱向安裝基板側釋放，儘管為小型，散熱性亦優異。
於普通之覆晶安裝時，於經由凸塊等將LED晶片安裝於安裝基板之後，以覆蓋晶片整體之方式形成螢光體層。或者，於凸塊間底填充樹脂。
相對於此，根據實施形態，於安裝前之狀態下，在p側金屬支柱23之周圍及n側金屬支柱24之周圍設置與螢光體層30不同之樹脂層25，從而可對安裝面側賦予適於應力緩和之特性。又，由於已於安裝面側設置有樹脂層25，故而無需安裝後之底填充。
於第1面15a側，設置以光提取效率、色轉換效率、配光特性等優先而設計之層，於安裝面側，設置以安裝時之應力緩和、或作為取代基板之支持體之特性優先之層。例如，樹脂層25具有於成為基底之樹脂中高密度地填充有二氧化矽粒子等填料之構造，且調整為作為支持體適當之硬度。
自發光層13向第1面15a側放射之光入射至螢光體層30，一部分光激發螢光體31，作為發光層13之光與螢光體31之光之混合光而獲得例如白色光。
此處，若於第1面15a上存在基板，則會產生不入射至螢光體層30 而自基板之側面向外部洩漏之光。即，發光層13之光之色彩較強之光自基板之側面洩漏，而可能導致於自上表面觀察螢光體層30之情形時可於外緣側看到藍色光環之現象等色分離或色不均。
相對於此，根據實施形態，由於在第1面15a與螢光體層30之間不存在基板，故而可防止因發光層13之光之色彩較強之光在基板側面洩漏而引起之色分離或色不均。
進而，根據實施形態，於半導體層15之側面15c，介隔絕緣膜18而設置有反射膜51。自發光層13朝向半導體層15之側面15c之光於反射膜51反射而不向外部洩漏。因此，與於第1面15a側不存在基板之特徵相輔相成，可防止因來自半導體發光裝置之側面側之漏光而引起之色分離或色不均。
設置於反射膜51與半導體層15之側面15c之間之絕緣膜18防止反射膜51中所包含之金屬向半導體層15擴散。藉此，可防止半導體層15之例如GaN之金屬污染，從而可防止半導體層15之劣化。
又，設置於反射膜51與螢光體層30之間、及樹脂層25與螢光體層30之間之絕緣膜18提高反射膜51與螢光體層30之密接性、及樹脂層25與螢光體層30之密接性。
絕緣膜18例如為氧化矽膜、氮化矽膜等無機絕緣膜。即，半導體層15之第1面15a、第2面、第1半導體層11之側面15c、第2半導體層12之側面、發光層13之側面由無機絕緣膜覆蓋。無機絕緣膜包圍半導體層15，將半導體層15封閉使其免受金屬或水分等之影響。
此處，圖3(b)表示實施形態之半導體發光裝置之局部剖面之電子顯微鏡圖像。圖3(b)表示n側配線層22之靠近p側配線層21之端部附近。
又，圖3(a)係圖3(b)中之A部之放大模式剖視圖。
如上文中參照圖7(a)所敍述般，於絕緣膜18上，依序形成基底金 屬膜(鋁膜)61、密接層(鈦膜)62、及籽晶層(銅膜)63。繼而，藉由鍍敷法於籽晶層(銅膜)63上形成銅配線層21、22。
由於籽晶層63與配線層21、22為相同之銅膜，故而於圖3(a)中，將籽晶層與n側配線層22一體化而表示。即，籽晶層亦作為配線層21、22之一部分而包含。
再者，密接層(鈦膜)62設置於配線層21、22之整個面。因此，亦可包含密接層62在內稱為配線層21、22。
根據實施形態，如圖3(a)所示，在n側配線層22與絕緣膜18之間存在未設置基底金屬膜(鋁膜)61之區域。在n側配線層22之端部22b與絕緣膜18之間，埋入有樹脂層25之一部分25a。
此處，圖13(b)表示參照例中之配線層22之端部附近之模式剖視圖。該參照例中，於n側配線層22與絕緣膜18之間之區域之整個面設置有基底金屬膜61。因此，n側配線層22之邊緣(側面)、密接層62之邊緣、及基底金屬膜61之邊緣對齊。
有如下傾向：對無機膜與金屬膜之界面施加較無機膜與樹脂之界面強之應力。於圖13(b)之構造中，應力尤其易於集中在金屬膜80之邊緣附近之端部與絕緣膜18之界面，從而有可能於金屬膜80之邊緣附近之絕緣膜18產生龜裂c。
而且，若水分自n側外部端子24a與樹脂層25之界面浸入，則有可能該水分會通過n側金屬支柱24之側面與樹脂層25之界面、及n側配線層22與樹脂層25之界面而到達至產生於絕緣膜18之龜裂c。根據圖13(b)之參照例，成為水分之浸入路徑之金屬膜80之側面(邊緣)與樹脂層25之界面易於朝向龜裂c呈直線狀相連，從而易於容許水分向龜裂c浸入。
若水分通過絕緣膜18之龜裂c到達至電極16、17或半導體層15，則可能成為使可靠性下降之主要原因。
相對於此，根據實施形態，如圖3(a)所示，與絕緣膜18相接之(n側)基底金屬膜61之邊緣61a較n側配線層22之邊緣(側面)22c更後退，且在n側配線層22之端部22b與絕緣膜18之間設置有樹脂層25之一部分25a。
即，成為水分之浸入路徑之金屬與樹脂層25之界面於朝向絕緣膜18側之中途沿橫向彎曲。
於圖3(a)之構造中，應力易於集中在基底金屬膜61之邊緣61a附近之端部與絕緣膜18之界面，從而易於在與基底金屬膜61之邊緣61a附近相接之絕緣膜18產生龜裂。
然而，根據實施形態，即便於絕緣膜18產生龜裂，朝向該龜裂側之水分之浸入路徑亦會於中途彎曲，與圖13(b)所示之參照例相比，至龜裂為止之水分之浸入路徑較長，從而水分變得難以到達至龜裂。因此，可抑制水分向電極16、17或半導體層15浸入，從而能夠提供可靠性較高之半導體發光裝置。
設置於n側配線層22之端部22b(密接層62之端部)與絕緣膜18之間之樹脂層25之一部分25a之膜厚t與基底金屬膜61之膜厚相等。作為基底金屬膜61之鋁膜於厚度小於40nm時，反射率與膜厚成比例地增大，於膜厚大於等於40nm時，反射率不會再進一步變高。因此，上述膜厚t大於等於40nm，例如為100nm左右。
又，與絕緣膜18相接之基底金屬膜61之邊緣61a距n側配線層22之邊緣22c之後退量、即n側配線層22之端部22b與絕緣膜18之間之樹脂層25a之長度L較長時，自水分之浸入路徑(樹脂層25與n側配線層22之邊緣22c之界面)至絕緣膜18中易於產生龜裂之位置為止之距離變長。
為了抑制水分向龜裂浸入，上述長度L較理想為例如大於等於2~3μm。若長度L相對於上述膜厚t之比大於等於10，則即便於基底金屬膜61之邊緣61a附近之絕緣膜18產生龜裂，亦能夠充分地抑制水分 到達至龜裂。
於圖3(a)中表示有n側配線層22之端部22b附近之構造，但如圖13(a)所示，於p側配線層21之端部21b附近，亦使基底金屬膜61之邊緣61a後退。
在p側配線層21與絕緣膜18之間存在未設置基底金屬膜(鋁膜)61之區域。而且，在p側配線層21之端部21b與絕緣膜18之間，埋入有樹脂層25之一部分25a。
於圖13(a)之構成中，即便於(p側)基底金屬膜61之邊緣61a附近之絕緣膜18產生有龜裂，水分朝向該龜裂之浸入路徑亦會於中途彎曲，與圖13(b)所示之參照例相比，至龜裂為止之水分之浸入路徑較長，從而水分變得不易到達至龜裂。因此，可抑制水分向電極16、17或半導體層15浸入，從而能夠提供可靠性較高之半導體發光裝置。
設置於p側配線層21之端部21b(密接層62之端部)與絕緣膜18之間之樹脂層25之一部分25a之膜厚t與基底金屬膜61之膜厚相等。如上所述，膜厚t大於等於40nm，例如為100nm左右。
又，與絕緣膜18相接之基底金屬膜61之邊緣61a距p側配線層21之邊緣21c之後退量、即p側配線層21之端部21b與絕緣膜18之間之樹脂層25a之長度L較長時，自水分之浸入路徑(樹脂層25與p側配線層21之邊緣21c之界面)至絕緣膜18中易於產生龜裂之位置為止之距離變長。
為了抑制水分向龜裂浸入，上述長度L較理想為例如大於等於2~3μm。若長度L相對於上述膜厚t之比大於等於10，則即便於基底金屬膜61之邊緣61a附近之絕緣膜18產生龜裂，亦能夠充分地抑制水分到達至龜裂。
再者，於n側配線層22之與p側配線層21為相反側之端部22b附近，與圖3(a)同樣地，基底金屬膜61之邊緣61a亦自n側配線層22之邊緣22c後退，且於其後退之區域設置有樹脂層25之一部分25a。
同樣地，於p側配線層21之與n側配線層22為相反側之端部21b附近，與圖13(a)同樣地，基底金屬膜61之邊緣61a亦自p側配線層21之邊緣21c後退，且於其後退之區域設置有樹脂層25之一部分25a。
其次，參照圖4(a)~圖11(b)，對半導體發光裝置之製造方法進行說明。
如圖4(a)所示，例如藉由MOCVD(metal organic chemical vapor deposition，金屬有機化學氣相沈積)法，於基板10之主面上，依序磊晶成長第1半導體層11、發光層13及第2半導體層12。
於半導體層15中，基板10側之面為第1面15a，基板10之相反側之面為第2面15b。
基板10例如為矽基板。或者，基板10亦可為藍寶石基板。半導體層15例如為含有氮化鎵(GaN)之氮化物半導體層。
第1半導體層11例如具有設置於基板10之主面上之緩衝層、及設置於緩衝層上之n型GaN層。第2半導體層12例如具有設置於發光層13上之p型AlGaN層、及設置於其上之p型GaN層。發光層13例如具有MQW(Multiple Quantum well，多量子井)構造。
圖4(b)表示選擇性地去除第2半導體層12及發光層13後之狀態。例如，藉由RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻)法，選擇性地蝕刻第2半導體層12及發光層13而使第1半導體層11露出。
其次，如圖5(a)所示，選擇性地去除第1半導體層11而形成溝槽90。於基板10之主面上，半導體層15由溝槽90而分離成複數個。溝槽90係以例如格子狀圖案形成於晶圓狀之基板10上。
溝槽90貫通半導體層15，到達至基板10。根據蝕刻條件，亦存在如下情形：基板10之主面亦被略微蝕刻，從而溝槽90之底面較基板10與半導體層15之界面更向下方後退。再者，溝槽90亦可於形成p側電極16及n側電極17之後形成。
其次，如圖5(b)所示，於第2半導體層12之表面形成p側電極16。又，於第2半導體層12及發光層13被選擇性地去除後之區域之第1半導體層11之表面，形成n側電極17。
形成於積層有發光層13之區域之p側電極16包含可反射發光層13之放射光之反射膜。例如，p側電極16含有銀、銀合金、鋁、鋁合金等。又，為了防止反射膜之硫化、氧化，p側電極16包含金屬保護膜(障壁金屬)。
其次，如圖6(a)所示，以覆蓋設置於基板10上之積層體之方式形成絕緣膜18。絕緣膜18覆蓋半導體層15之第2面、p側電極16及n側電極17。又，絕緣膜18覆蓋半導體層15之與第1面15a連續之側面15c。進而，絕緣膜18亦形成於溝槽90之底面之基板10之表面。
絕緣膜18係例如藉由CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法而形成之氧化矽膜或氮化矽膜。於絕緣膜18，例如藉由使用抗蝕劑遮罩之濕式蝕刻，而如圖6(b)所示般形成第1開口18a與第2開口18b。第1開口18a到達至p側電極16，第2開口18b到達至n側電極17之接觸部17c。
其次，如圖6(b)所示，於絕緣膜18之表面、第1開口18a之內壁(側壁及底面)、及第2開口18b之內壁(側壁及底面)上形成金屬膜60。如圖7(a)所示，金屬膜60具有基底金屬膜(鋁膜)61、密接層(鈦膜)62、及籽晶層(銅膜)63。金屬膜60係藉由例如濺鍍法而形成。
其次，於金屬膜60上選擇性地形成圖7(b)所示之抗蝕劑遮罩91後，藉由將金屬膜60之銅膜63用作籽晶層之電解銅鍍敷法，形成p側配線層21、n側配線層22及反射膜51。
p側配線層21亦形成於第1開口18a內，而與p側電極16電性連接。n側配線層22亦形成於第2開口18b內，而與n側電極17之接觸部17c電性連接。
其次，於使用例如溶劑或者氧電漿去除抗蝕劑遮罩91後，選擇性地形成圖8(a)所示之抗蝕劑遮罩92。或者，亦可不去除抗蝕劑遮罩91而形成抗蝕劑遮罩92。
於形成抗蝕劑遮罩92後，藉由將p側配線層21及n側配線層22用作籽晶層之電解銅鍍敷法，形成p側金屬支柱23及n側金屬支柱24。
p側金屬支柱23形成於p側配線層21上。p側配線層21與p側金屬支柱23係以相同之銅材料一體化。n側金屬支柱24形成於n側配線層22上。n側配線層22與n側金屬支柱24係以相同之銅材料一體化。
抗蝕劑遮罩92係使用例如溶劑或者氧電漿而去除。於該時點，p側配線層21與n側配線層22經由金屬膜60相連。又，p側配線層21與反射膜51亦經由金屬膜60相連，n側配線層22與反射膜51亦經由金屬膜60相連。
因此，藉由蝕刻去除p側配線層21與n側配線層22之間之金屬膜60、p側配線層21與反射膜51之間之金屬膜60、及n側配線層22與反射膜51之間之金屬膜60。此時，充分厚於金屬膜60之p側配線層21、n側配線層22、p側金屬支柱23、及n側金屬支柱24被用作遮罩。
籽晶層(銅膜)63、密接層(鈦膜)62、及基底金屬膜(鋁膜)61係分別使用不同之蝕刻液選擇性地被蝕刻。
如圖9(a)至圖9(b)所示，首先，蝕刻籽晶層(銅膜)63，其次，蝕刻密接層(鈦膜)62。其後，蝕刻基底金屬膜(鋁膜)61。
藉此，切斷經由金屬膜60之p側配線層21與n側配線層22之電性連接、p側配線層21與反射膜51之電性連接、及n側配線層22與反射膜51之電性連接(圖8(b))。
又，於蝕刻基底金屬膜(鋁膜)61時，於去除未設置n側配線層22之部分之基底金屬膜61後仍進行蝕刻，從而如圖9(C)所示，使基底金屬膜61之邊緣61a較n側配線層22之邊緣(側面)22c更後退。藉此，在n 側配線層22之端部22b(密接層62之端部)與絕緣膜18之間形成空隙70。於p側配線層21之端部亦相同。
於作為鋁膜之基底金屬膜61之濕式蝕刻中，使用例如TMAH(氫氧化四甲基銨)水溶液、混酸(硝酸與硫酸之混合物)水溶液等鹼系藥液。對於該藥液，銅膜及鈦膜幾乎不會被蝕刻。
其次，於圖8(b)所示之積層體上，形成圖10(a)所示之樹脂層25。樹脂層25覆蓋p側配線部41及n側配線部43。又，樹脂層25覆蓋反射膜51。
作為加強配線部之第2絕緣膜之樹脂層25係以具有流動性之液狀之狀態塗佈，且進入至配線層之端部與絕緣膜18之間之空隙70。其後，使樹脂層25硬化。或者，亦可藉由塗佈液狀玻璃並使其硬化而形成第2絕緣膜。
樹脂層25與p側配線部41及n側配線部43一併構成支持體100。於在該支持體100支持有半導體層15之狀態下，去除基板10。
例如，作為矽基板之基板10係藉由乾式蝕刻被去除。又，亦可藉由濕式蝕刻去除基板(矽基板)10。或者，於基板10為藍寶石基板之情形時，可藉由雷射剝離(laser lift off)法去除。
磊晶成長於基板10上之半導體層15存在包含較大之內部應力之情形。又，p側金屬支柱23、n側金屬支柱24及樹脂層25例如為較GaN系材料之半導體層15柔軟之材料。因此，即便磊晶成長時之內部應力於剝離基板10時瞬間釋放，p側金屬支柱23、n側金屬支柱24及樹脂層25亦會吸收該應力。因此，可避免半導體層15於去除基板10之過程中破損。
藉由去除基板10，如圖10(b)所示，半導體層15之第1面15a露出。於露出之第1面15a形成微小凹凸。例如，利用KOH(氫氧化鉀)水溶液或TMAH等對第1面15a進行濕式蝕刻。於該蝕刻中，產生依存於 結晶面方位之蝕刻速度之差異。因此，可於第1面15a形成凹凸。藉由在第1面15a形成微小凹凸，可提高發光層13之放射光之提取效率。
如圖11(a)所示，於第1面15a上，介隔絕緣膜19而形成螢光體層30。螢光體層30係藉由例如印刷、灌注、模塑、壓縮成形等方法而形成。絕緣膜19提高半導體層15與螢光體層30之密接性。
又，作為螢光體層30，亦可將介隔結合材料燒結螢光體而成之燒結螢光體介隔絕緣膜19接著於螢光體層30。
又，螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c周圍之晶片外區域上。於該晶片外區域亦設置有樹脂層25，於該樹脂層25上，介隔絕緣膜18而形成螢光體層30。
於形成螢光體層30後，研磨樹脂層25之表面(圖11(a)中之下表面)，從而如圖11(b)所示，p側金屬支柱23及n側金屬支柱24自樹脂層25露出。p側金屬支柱23之露出面成為p側外部端子23a，n側金屬支柱24之露出面成為n側外部端子24a。
其次，於形成有將複數個半導體層15分離之上述溝槽90之區域，切斷圖11(b)所示之構造體。即，切斷螢光體層30、絕緣膜18、及樹脂層25。其等係藉由例如切割刀片或雷射光被切斷。半導體層15由於不存在於切割區域，故而不會受到因切割所導致之損傷。
單片化前之上述各步驟係以包含複數個半導體層15之晶圓狀態進行。晶圓被單片化為包含至少1個半導體層15之半導體發光裝置。再者，半導體發光裝置既可為包含一個半導體層15之單晶片構造，亦可為包含複數個半導體層15之多晶片構造。
單片化前之上述各步驟係以晶圓狀態總括地進行，因此無需針對單片化後之各個器件進行配線層之形成、支柱之形成、利用樹脂層之封裝、及螢光體層之形成，從而可大幅地降低成本。
於以晶圓狀態形成支持體100及螢光體層30後，將其等切斷，因 此螢光體層30之側面與支持體100之側面(樹脂層25之側面)對齊，該等側面形成經單片化所得之半導體發光裝置之側面。因此，亦與不存在基板10之情況相輔相成，從而可提供一種晶片尺寸封裝構造之小型之半導體發光裝置。
於去除未設置配線層21、22之部分之金屬膜60時，如圖12(a)所示，亦可使密接層(鈦膜)62之邊緣62a相對於配線層22之邊緣22c後退。
根據該構造，由於在自配線層22之邊緣22c與樹脂層25之界面至易於產生龜裂之基底金屬膜61之邊緣附近之路徑形成複數個彎曲部(階差)，故而通過配線層22之邊緣22c與樹脂層25之界面浸入而來之水分更難以到達至龜裂。
又，如圖12(b)所示，配線層22之端部22b(密接層62之端部)與絕緣膜18之間之樹脂25a之膜厚亦可小於基底金屬膜61之膜厚。
然而，擔心如下可能性：於密接層62中，形成於與基底金屬膜61之端部相接之部位之如圖12(b)所示之階差阻礙浸入至絕緣膜18側之水分於加熱步驟中向外部脫離。
因此，配線層22之端部22b與絕緣膜18之間之樹脂25a之膜厚較理想為大於等於基底金屬膜61之膜厚。
圖14係另一實施形態之半導體發光裝置之模式剖視圖。
如圖14所示，於半導體層15之第1面15a上，介隔絕緣膜19而設置有透明層35(光學層)。於透明層35之上表面、透明層35之側面及支持體100之側面設置有螢光體層30。
透明層35使發光層13之放射光及螢光體31之放射光透過。作為透明層35，使用例如與結合材料32相同之材料。作為透明層35，亦可使用例如與結合材料32不同之材料。
透明層35亦形成於半導體層15之側面15c周邊之晶片外區域上。 因此，透明層35之平面尺寸大於半導體層15之平面尺寸。於晶片外區域，在絕緣膜18上設置有透明層35。
螢光體層30設置於透明層35之周圍、半導體層15之周圍、及支持體100之周圍，而形成半導體發光裝置之側面。透明層35之側面及支持體100之側面被螢光體層30覆蓋。藉此，可防止支持體100之側面之龜裂。
又，通過螢光體層30與樹脂層25之邊界之水分之浸入路徑變長，從而水分不易到達至晶片。因此，可抑制水分向電極16、17或半導體層15侵入，從而能夠提供可靠性較高之半導體發光裝置。
於半導體層15之上表面15a與螢光體層30之間設置有透明層35。藉此，半導體層15所包含之發光面、與螢光體層30所包含之螢光體31之間之距離變遠。因此，螢光體31之溫度上升得以抑制，從而螢光體31之波長轉換效率之下降得以抑制。
除上述內容以外，對透明層35，例如使用折射率高於螢光體層30之折射率之材料。透明層35具有半導體層15之折射率與螢光體層30之折射率之間之折射率。藉此，存在於光提取方向之介質間之折射率差變小，從而發光層13之放射光變得易於向螢光體層30之外部(空氣)放射。即，發光層13之放射光之提取效率提高。
進而，發光層13被透明層35覆蓋之面積擴大。藉此，藉由透明層35使螢光體層30接收發光層13之光(例如藍色光)之入射之面積增大，從而可提高轉換效率。
又，根據本實施形態，可實現光學匹配調整之高精度化。藉此，光學特性提高。
於上述實施形態中，作為設置於半導體層15之第1面15a側之光學層，並不限定於螢光體層，亦可為散射層。散射層包含使發光層13之放射光散射之複數個粒子狀之散射材料(例如鈦化合物)、及與複數個 散射材料一體化且使發光層13之放射光透過之結合材料(例如樹脂層)。除上述內容以外，透明層35亦可包含螢光體及散射材料中之至少任一種。
已對本發明之若干個實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提出者，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能以其他各種形態實施，且可於不脫離發明主旨之範圍內，進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨內，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
15‧‧‧半導體層
16‧‧‧p側電極
18‧‧‧絕緣膜
22‧‧‧n側配線層
22b‧‧‧n側配線層22之端部
22c‧‧‧n側配線層22之邊緣(側面)
25‧‧‧樹脂層
25a‧‧‧樹脂層25之一部分
61‧‧‧基底金屬膜
61a‧‧‧基底金屬膜61之邊緣
62‧‧‧密接層
A‧‧‧部分
L‧‧‧長度
t‧‧‧膜厚

Claims (17)

  1. 一種半導體發光裝置，其包括：半導體層，其包含：第1側、第2側、及設置於上述第1側與上述第2側之間之發光層；第1電極，其於上述半導體層之上述第2側，設置於上述半導體層；第2電極，其於上述半導體層之上述第2側，設置於上述半導體層；第1絕緣膜，其覆蓋上述半導體層之上述第2側；第1配線部，其設置於上述第1絕緣膜上，並且連接於上述第1電極；第2配線部，其設置於上述第1絕緣膜上，並且連接於上述第2電極；及第2絕緣膜，其設置於上述第1配線部與上述第2配線部之間；且在上述第1絕緣膜與上述第1配線部之間，設置有上述第2絕緣膜之一部分。
  2. 如請求項1之半導體發光裝置，其中在上述第1絕緣膜與上述第2配線部之間，設置有上述第2絕緣膜之一部分。
  3. 如請求項1或2之半導體發光裝置，其中上述第1配線部包含：與上述第1絕緣膜相接之第1基底金屬膜、及設置於上述第1基底金屬膜上之第1配線層，上述第2配線部包含：與上述第1絕緣膜相接之第2基底金屬膜、及設置於上述第2基底金屬膜上之第2配線層，在上述第1配線層之端部與上述第1絕緣膜之間，不介隔上述 第1基底金屬膜地設置有上述第2絕緣膜之一部分，在上述第2配線層之端部與上述第1絕緣膜之間，不介隔上述第2基底金屬膜地設置有上述第2絕緣膜之一部分。
  4. 如請求項3之半導體發光裝置，其中上述第1基底金屬膜及上述第2基底金屬膜為鋁膜。
  5. 如請求項1或2之半導體發光裝置，其中上述第2絕緣膜為樹脂。
  6. 如請求項3之半導體發光裝置，其中上述第1配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間之上述第2絕緣膜之膜厚與上述第1基底金屬膜之膜厚相等，上述第2配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間之上述第2絕緣膜之膜厚與上述第2基底金屬膜之膜厚相等。
  7. 如請求項3之半導體發光裝置，其中上述第1配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間之上述第2絕緣膜之長度相對於上述一部分之膜厚之比為10以上，上述第2配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間之上述第2絕緣膜之長度相對於上述一部分之膜厚之比為10以上。
  8. 如請求項3之半導體發光裝置，其中上述第1配線層較上述第1基底金屬膜厚，上述第2配線層較上述第2基底金屬膜厚。
  9. 如請求項3之半導體發光裝置，其中上述第1配線部進而包含第1金屬支柱，上述第1金屬支柱設置於上述第1配線層上，且較上述第1配線層厚，上述第2配線部進而具有第2金屬支柱，上述第2金屬支柱設置於上述第2配線層上，且較上述第2配線層厚。
  10. 如請求項1或2之半導體發光裝置， 其進而包括光學層，上述光學層設置於上述半導體層之上述第1側，且對上述發光層之放射光具有穿透性。
  11. 如請求項10之半導體發光裝置，其中上述光學層係螢光體層，上述螢光體層包含：複數個螢光體，其等由上述發光層之放射光激發，放射與上述發光層之放射光為不同波長之光，結合材料，其將上述複數個螢光體一體化，且使上述發光層之放射光及上述螢光體之放射光穿透。
  12. 如請求項11之半導體發光裝置，其中上述第2絕緣膜亦設置於上述第1配線部之側面及上述第2配線部之側面，上述螢光體層亦設置於上述半導體層之周圍及上述第2絕緣膜之周圍，而形成上述半導體發光裝置之側面。
  13. 如請求項11之半導體發光裝置，其中上述光學層進而包含透明層，上述透明層設置於上述半導體層之上述第1側與上述螢光體層之間。
  14. 如請求項1或2之半導體發光裝置，其中上述第1絕緣膜亦設置於上述半導體層之與上述第1側連續之側面。
  15. 如請求項14之半導體發光裝置，其中於上述半導體層之上述側面，介隔上述第1絕緣膜而設置有反射膜。
  16. 一種半導體發光裝置之製造方法，其包括如下步驟：於包含包括發光層之半導體層、及設置於上述半導體層之第1電極及第2電極的積層體上形成第1絕緣膜，上述第1絕緣膜具有到達至上述第1電極之第1開口及到達至上述第2電極之第2開 口；於上述第1絕緣膜上，形成基底金屬膜；於上述基底金屬膜上，形成經由上述第1開口而與上述第1電極連接之第1配線層、及經由上述第2開口而與上述第2電極連接之第2配線層；將上述第1配線層之端部與上述第2配線層之端部之間之區域之上述第1絕緣膜上所形成之上述基底金屬膜去除，並且使上述基底金屬膜之端部較上述第1配線層之上述端部及上述第2配線層之上述端部後退，從而於上述第1配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間、及上述第2配線層之上述端部與上述第1絕緣膜之間形成空隙；及於上述空隙形成第2絕緣膜。
  17. 如請求項16之半導體發光裝置之製造方法，其中藉由濕式蝕刻使上述基底金屬膜後退而形成上述空隙。
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