TW201611348A - 半導體發光裝置 - Google Patents

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TW201611348A
TW201611348A TW104107048A TW104107048A TW201611348A TW 201611348 A TW201611348 A TW 201611348A TW 104107048 A TW104107048 A TW 104107048A TW 104107048 A TW104107048 A TW 104107048A TW 201611348 A TW201611348 A TW 201611348A
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小島章弘
島田美代子
富澤英之
杉崎吉昭
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東芝股份有限公司
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Abstract

若根據實施形態，則半導體發光裝置是具備：發光元件，其係具有發光層；第1透明體，其係設在前述發光元件之上；螢光體，其係分散在前述第1透明體中，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光；及第2透明體，其係具有：在前述發光元件之上的領域被前述第1透明體包圍的第1透明部、和設在前述第1透明體上及前述第1透明部上的第2透明部。 前述第2透明部係形成於前述第1透明部之上，具有對於與前述發光層垂直的第1方向傾斜的傾斜部。

Description

半導體發光裝置 〔關聯申請案的引用〕
本申請案是以2014年9月12日申請之日本專利申請案號2014-186661作為優先權的基礎，且其內容全體是被援用於本案。
實施形態是有關半導體發光裝置。
作為組合半導體發光元件及螢光體，放射白色光等的可視光或其他的波長帶的光之半導體發光裝置，有晶片尺寸封裝(Chip Size Package)構造的半導體發光裝置被提案。
實施形態是提供色度的控制性佳的半導體發光裝置。
實施形態是提供一種半導體發光裝置，其係具備：發光元件，其係具有發光層； 第1層，其係設在前述發光元件之上，具有透過性；螢光體，其係分散於前述第1層中，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光；及第2層，其係具有第1部分及第2部分，該第1部分係於前述發光元件之上被前述第1層所包圍，具有透過性，該第2部分係設在前述第1層上及前述第1部分上，具有透過性，前述第2部分係形成在前述第1部分之上，具有對於與前述發光層垂直的第1方向傾斜的傾斜部。
又，實施形態係提供一種半導體發光裝置，其係具備：發光元件，其係具有發光層；第1層，其係設在前述發光元件之上，具有透過性；及螢光體層，其係具有複數的螢光體及第2層，該複數的螢光體係設在前述發光元件上，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光，該第2層係設在前述複數的螢光體之間，具有透過性，前述第1層及前述螢光體層的一方為柱狀，另一方係包圍前述柱狀，前述螢光體層的前述複數的螢光體的總體積係比前述螢光體層的前述第2層的體積更大。
又，實施形態係提供一種半導體發光裝置，其係具備：多晶片封裝部，其係具有複數的半導體層及支撐體， 該複數的半導體層係分別含發光層，彼此被分離，該支撐體係一體支撐前述複數的半導體層，第1層，其係設在前述多晶片封裝部上，具有透過性；第1螢光體層，其係設在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上，在前述第1層包圍周圍，含第1螢光體及設在前述第1螢光體之間的第2層；及第2螢光體層，其係設在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上，在前述第1層包圍周圍，含發出與前述第1螢光體不同的波長的光的第2螢光體及設在前述第2螢光體之間的前述第2層，前述第1螢光體的體積係比前述第1螢光體層的前述第2層的體積更大，前述第2螢光體的體積係比前述第2螢光體層的前述第2層的體積更大，在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上係不設螢光體，而設有前述第1層。
若根據實施形態，則可提供一種色度的控制性佳的半導體發光裝置。
10‧‧‧發光元件
11‧‧‧第1半導體層
12‧‧‧第2半導體層
13‧‧‧發光層
15‧‧‧半導體層
15a‧‧‧第1面
15b‧‧‧第2面
15c‧‧‧側面
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
17c‧‧‧接觸部
18‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側配線層
21a‧‧‧通孔
22‧‧‧n側配線層
22a‧‧‧通孔
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
30‧‧‧光學層
30h、30r‧‧‧螢光體層
31‧‧‧第1透明樹脂
32‧‧‧第2透明樹脂
32a‧‧‧第1透明部
32b‧‧‧第2透明部
32s‧‧‧傾斜部
33‧‧‧螢光體
35‧‧‧光散亂層
40‧‧‧光學構件
40h‧‧‧孔
41‧‧‧p側配線部
43‧‧‧n側配線部
51‧‧‧反射膜
60‧‧‧金屬膜
61‧‧‧底層金屬膜
62‧‧‧密著層
63‧‧‧種層
70‧‧‧多晶片封裝部
100‧‧‧半導體發光裝置
110‧‧‧半導體發光裝置
200‧‧‧支撐體
圖1是實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖2(a)是實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖2(b)是實施形態的半導體發光裝置的一部分的 模式剖面圖。
圖3(a)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖3(b)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖4(a)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖4(b)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖5(a)及圖5(b)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖6是第1實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖。
圖7(a)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖7(b)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖8(a)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖8(b)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖9(a)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖9(b)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖10是第2實施形態的半導體裝置的模式剖面圖。
圖11(a)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖11(b)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖12是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面 圖。
圖13(a)及圖13(b)是第2實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖14(a)及圖14(b)是表示第2實施形態的半導體發光裝置的製造方法的模式剖面圖。
圖15(a)是第3實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖，圖15(b)是第3實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖16是第3實施形態的半導體發光裝置的模式平面圖。
圖17(a)及圖17(b)是螢光體的模式剖面圖。
若根據實施形態，則半導體發光裝置係具備：發光元件，其係具有發光層；第1透明體，其係設在前述發光元件之上；螢光體，其係分散在前述第1透明體中，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光；及第2透明體，其係具有：在前述發光元件之上的領域被前述第1透明體包圍的第1透明部、和設在前述第1透明體上及前述第1透明部上的第2透明部。
前述第2透明部是設在前述第1透明部之上，具有對於與前述發光層垂直的第1方向傾斜的傾斜部。
以下，參照圖面說明有關實施形態。另外， 各圖面中，對於同要素附上同符號。
(第1實施形態)
圖1是實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖2(a)是表示實施形態的半導體發光裝置的p側電極16及n側電極17的平面佈局之一例的模式平面圖。圖1是對應於圖2(a)的A-A’剖面。
圖3(a)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式上面圖，圖3(b)是第1實施形態的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖3(b)是將圖1所示的發光元件10簡略化顯表。圖1是將圖3(b)所示的光學層30簡略化顯表。
第1實施形態的半導體發光裝置100是具有發光元件10及光學層30。發光元件10是具有擁有發光層13的半導體層15。半導體層15是具有第1面15a及其相反側的第2面15b。
半導體層15的第2面15b是具有：含發光層13的部分15e(發光領域)、及不含發光層13的部分15f。含發光層13的部分15e是在半導體層15之中，層疊有發光層13的部分。不含發光層13的部分15f是在半導體層15之中，未層疊有發光層13的部分。含發光層13的部分15e是表示成為可將自發光層13發光的光取出至外部的層疊構造的領域。
在第2面15b側，含發光層13的部分15e之上設有p側電極16，不含發光層13的部分15f之上設有 n側電極17。
圖2(a)所示的例子，不含發光層13的部分15f包圍含發光層13的部分15e，n側電極17包圍p側電極16。
電流會通過p側電極16及n側電極17來供給至發光層13，發光層13發光。然後，從發光層13放射的光是從第1面15a側放射至半導體發光裝置100的外部。
在半導體層15的第2面15b側是如圖1所示般設有支撐體200。含半導體層15、p側電極16及n側電極17的發光元件是藉由設在第2面15b側的支撐體200所支撐。
在半導體層15的第1面15a側是設有光學層30，作為對於從半導體層15放射的光賦予所望的光學特性的層。光學層30是包含複數的粒子狀的螢光體33。螢光體33是藉由從發光層13放射的光來激發，發出與該光不同的波長的光。
螢光體33是例如分散於第1透明樹脂31(第1層)中。第1透明樹脂31是透過從發光層13放射的光及從螢光體33放射的光。亦即，第1透明樹脂31是具有透過性。在此，所謂「透過」是不限於透過率為100%，亦包含吸收光的一部分的情況。另外，第1透明樹脂31例如亦可使用玻璃等的透明材料。
半導體層15是具有：第1半導體層11、第2半導體層12、及發光層13。發光層13是設在第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是例如含氮化鎵。
第1半導體層11是例如包含底層緩衝層、n型GaN層。第2半導體層12是例如包含p型GaN層。發光層13是含發出藍、紫、藍紫、紫外光等的材料。發光層13的發光峰值波長是例如360~470nm為佳，較理想是430~470nm。
半導體層15的第2面15b是被加工成凹凸形狀。其凸部是含發光層13的部分15e，凹部是不含發光層13的部分15f。含發光層13的部分15e的表面是第2半導體層12的表面，在第2半導體層12的表面設有p側電極16。不含發光層13的部分15f的表面是第1半導體層11的表面，在第1半導體層11的表面設有n側電極17。
在半導體層15的第2面中，含發光層13的部分15e的面積是比不含發光層13的部分15f的面積更廣。並且，被設在含發光層13的部分15e的表面之p側電極16的面積是比被設在不含發光層13的部分15f的表面之n側電極17的面積更廣。藉此，可取得廣的發光面，可提高光輸出。
如圖2(a)所示般，n側電極17是例如具有4個的直線部，在其中1個的直線部設有突出至該直線部的寬度方向的接觸部17c。在該接觸部17c的表面是如圖1所示般連接n側配線層22的通孔22a。
半導體層15的第2面15b、p側電極16及n 側電極17是如圖1所示般，以絕緣膜18所覆蓋。絕緣膜18是例如矽氧化膜等的無機絕緣膜。絕緣膜18是在發光層13的側面及第2半導體層12的側面也被設置，覆蓋該等側面。
並且，絕緣膜18是在自半導體層15的第1面15a接續的側面(第1半導體層11的側面)15c也被設置，覆蓋該側面15c。
而且，絕緣膜18是在半導體層15的側面15c的周圍的晶片外周部也被設置。設在晶片外周部的絕緣膜18是在第1面15a側，延伸於遠離側面15c的方向。
在第2面側的絕緣膜18上，p側配線層21與n側配線層22會彼此分離而設。在絕緣膜18中形成有通至p側電極16之複數的第1開口、及通至n側電極17的接觸部17c之第2開口。另外，第1開口是亦可為大的1個開口。
p側配線層21是被設在絕緣膜18上及第1開口的內部。p側配線層21是經由設在第1開口內的通孔21a來與p側電極16電性連接。
n側配線層22是設在絕緣膜18上及第2開口的內部。n側配線層22是經由設在第2開口內的通孔22a來與n側電極17的接觸部17c電性連接。
p側配線層21及n側配線層22會佔據第2面側的領域的大部分來擴散於絕緣膜18上。p側配線層21是經由複數的通孔21a來與p側電極16連接。
又，反射膜51會隔著絕緣膜18來覆蓋半導 體層15的側面15c。反射膜51是不接觸於側面15c，對於半導體層15未電性連接。反射膜51是對於p側配線層21及n側配線層22分離。反射膜51是對於發光層13的放射光及從螢光體33放射的光具有反射性。
反射膜51、p側配線層21及n側配線層22是包含在圖2(b)所示的共通的金屬膜60上例如藉由電鍍法來同時形成的銅膜。
構成反射膜51、p側配線層21及n側配線層22之例如銅膜是在絕緣膜18上所形成的金屬膜60上以電鍍法形成。反射膜51、p側配線層21及n側配線層22的各厚度是比金屬膜60的厚度更厚。
金屬膜60是具有從絕緣膜18側依序被層疊的底層金屬膜61、密著層62、及種層63。
底層金屬膜61是對於從發光層13放射的光具有高的反射性之例如鋁膜。
種層63是用以在電鍍使銅析出的銅膜。密著層62是對於鋁及銅雙方的浸潤性佳之例如鈦膜。
另外，在與半導體層15的側面15c鄰接的晶片外周部是亦可不在金屬膜60上形成電鍍膜(銅膜)，以金屬膜60形成反射膜51。反射膜51是至少包含鋁膜61，藉此對於從發光層13放射的光及從螢光體33放射的光具有高的反射率。
並且，在p側配線層21及n側配線層22之下也殘留有底層金屬膜(鋁膜)61，因此鋁膜61會擴散形成於第2面側的大部分的領域。藉此，可增大朝光學層 30側的光的量。
在p側配線層21之與半導體層15相反側的面設有p側金屬支柱23。p側配線層21及p側金屬支柱23是形成p側配線部41。
在n側配線層22之與半導體層15相反側的面設有n側金屬支柱24。n側配線層22及n側金屬支柱24是形成n側配線部43。
在p側配線部41與n側配線部43之間是設有樹脂層25。樹脂層25是以能夠接觸於p側金屬支柱23的側面及n側金屬支柱24的側面之方式，設在p側金屬支柱23與n側金屬支柱24之間。亦即，在p側金屬支柱23與n側金屬支柱24之間充填樹脂層25。
並且，樹脂層25是設在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是設在p側金屬支柱23的周圍及n側金屬支柱24的周圍，覆蓋p側金屬支柱23的側面及n側金屬支柱24的側面。
又，樹脂層25是在與半導體層15的側面15c鄰接的晶片外周部也被設置，覆蓋反射膜51。
p側金屬支柱23之與p側配線層21相反側的端部(面)是從樹脂層25露出，作為可與安裝基板等的外部電路連接之p側外部端子23a的機能。n側金屬支柱24之與n側配線層22相反側的端部(面)是從樹脂層25露出，作為可與安裝基板等的外部電路連接之n側外部端 子24a的機能。p側外部端子23a及n側外部端子24a是例如經由焊錫或導電性的接合材來連接至安裝基板的接端面圖案。
如圖3(a)及圖3(b)所示般，設有第1透明樹脂31(第1層)、第2透明樹脂32(第2層)及螢光體33，作為光學層30。第2透明樹脂32是具有：第1透明部32a(第1部分)、第2透明部32b(第2部分)、及傾斜部32s。第1透明部32a及第2透明部32b是具有透過性。
第1透明部32a是被第1透明樹脂31所包圍。第1透明部32a是例如直徑數μm~數10μm的柱狀，為可視光所能通過的大小。第1透明部32a是例如從光學層30往發光元件10的方向看，如圖3(a)所示般，等間隔配列。第1透明部32a是亦可例如為橢圓狀的柱狀。
第1透明部32a是貫通第1透明樹脂31。或，第1透明部32a是亦可不貫通第1透明樹脂31。
在第1透明樹脂31的內部是分散有螢光體33。對於此，在第2透明樹脂32的內部是未設有螢光體33。
第2透明樹脂32是與第1透明樹脂31同樣，透過從發光層13放射的光及從螢光體33放射的光。第2透明樹脂32的材料是亦可與第1透明樹脂31同材料，亦可與第1透明樹脂31不同的材料。
從具有發光層的半導體層15放射至第1透明樹脂31的光的一部分是激發螢光體33。藉此，從螢光體 33發光的光的波長是比從半導體層15放射的光的波長更長。亦即，螢光體33是發出與從發光層13放射的光不同的波長的光。因此，當螢光體33吸收藍色的光時，例如從螢光體33(33y)放射的光的色是黃色。
第2透明樹脂32的柱狀的第1透明部32a是配置在重疊於半導體層15之上的領域。因此，從半導體層15放射的光是經由第1透明部32a來從光學層30的上面放射至外部的成分也包含。該光的色是與從半導體層15(發光層13)放射的光的色同樣，例如藍色的光會被放射。
在第1透明樹脂31上及第1透明部32a上是設有第2透明部32b。第2透明部32b是與第1透明部32a一體設置。
第2透明部32b是具有對發光層13垂直的第1方向Z、及對半導體層15的第1面15a傾斜的傾斜部32s。傾斜部32s是設在第1透明部32a之上。
如圖3(b)所示般，傾斜部32s是例如設在第2透明部32b中所形成的凹陷32h。如圖3(a)所示般，傾斜部32s之對於發光層13平行的第2方向的寬度W是比第1透明部32a的直徑更大。藉此，在形成傾斜部32s時，即使對第1透明部32a的對位發生偏移，傾斜部32s也不會離開第1透明部32a的上面而形成。傾斜部32s是例如藉由使用模板的印模法來形成於第2透明部32b。
凹陷32h的內部是例如空洞。在凹陷32h的 內部是亦可設置例如折射率比第2透明樹脂32更低的材料。
凹陷32h的深度是從光學層30的側面側往中心部側變深。傾斜部32s的上端是比下端更位於光學層30的側面側。藉此，可使從半導體層15放射前進於第1透明部32a內第1方向(Z方向)而來的光在傾斜部32s全反射至光學層30的側面側。
在含發光層的半導體層上設有螢光體層的構造中，一般越是接近半導體層之下層的螢光體，越吸收來自發光層的激發光(例如藍色光)。因此，越是下層的螢光體，發光量越多，將接近上面的光容易取出至外部的上層的螢光體的發光量有變少的傾向。
從半導體層15放射的光使設在上層的螢光體33激發的頻率是比使設在下層的螢光體33激發的頻率更低。因此，在第1透明樹脂31之中，螢光體33的發光量是在厚度方向產生偏差。並且，上層的螢光體阻礙從下層的螢光體放射的光往外部取出。這是螢光體濃度越高越顯著。
相對於此，若根據本實施形態，則在光學層30是設有不含螢光體的第2透明樹脂32的第1透明部32a、第2透明部32b及傾斜部32s。藉此，從設在光學層30的下層之螢光體33放射的光的一部分是經由第1透明部32a及第2透明部32b來放射至外部。因此，從設在光學層30的下層之螢光體33放射的光的取出效率會提升。
除上述外，從半導體層15放射的光的一部分 是經由第1透明部32a來使設在光學層30的上層的螢光體33激發。因此，無關螢光體33所設的位置，可實現均一的發光量。
除上述外，圖3(a)及圖3(b)的箭號是表示從半導體層15放射的光的一部分的路徑。從發光元件10射入第1透明部32a，前進於Z方向的光是到達傾斜部32s。在傾斜部32s中，光是全反射而放射至外部。
藉由改變傾斜部32s的角度，可調整經由第1透明部32a來放射的光的角度。亦即，可控制從半導體層15放射的光(例如具有藍色的波長的光)的配光特性，改善色分離(黃圈現象等)。
如圖4(a)及圖4(b)所示般，傾斜部32s是亦可例如在第1透明樹脂31上的第2透明部32b的上面也被設置。在藉由第1透明部32a的正上方的第1傾斜部32s所被全反射的光的前進的方向有別的第2傾斜部32s。如圖4(a)及圖4(b)的箭號所示般，藉由適當地設定第2傾斜部32s的傾斜角度，可縮小在第1傾斜部32s所全反射後的光對第2傾斜部32s的入射角，而提升從第2透明樹脂32往空氣的光取出效率。藉由使用具有彼此不同的傾斜角度的複數的傾斜部32s，可提高光的取出效率及配光控制性。
圖5(a)及圖5(b)是表示光學層30的第1透明部32a的形狀的剖面圖。
如圖5(a)所示般，例如第1透明部32a的上端部的直徑是比下端部的直徑更大。亦即，第1透明部 32a的側壁是設成所謂的順錐狀。藉此，如圖5(a)的箭號所示般，從螢光體33放射至發光元件10的方向的光(返回螢光成分)會經由第1透明部32a來放射至外部。亦即，從下層側的螢光體33放射的光的取出效率會提升。
如圖5(b)所示般，例如第1透明部32a的上端部的直徑是比下端部的直徑更小。亦即，第1透明部32a的側壁是設成所謂的逆錐狀。藉此，如圖5(b)的箭號所示般，設在光學層30的上端側的螢光體33會容易激發。亦即，從上層側的螢光體33放射的光的取出效率會提升。
圖6是本實施形態的半導體發光裝置的主要素的模式平面圖。如圖6所示般，半導體發光裝置100是設有含發光層13的部分15e(p側電極16)及不含發光層13的部分15f(n側電極17)。從光學層30往發光元件10的方向看，第1透明部32a是設在含發光層13的部分15e(p側電極16)上，未設在不含發光層13的部分15f(n側電極17)上。亦即，第1透明部32a是與發光層13完全重疊設置，在未形成有發光層13的領域是完全不重疊。
例如，當第1透明部32a設在不含發光層13的部分15f上時，第1透明部32a與不含發光層13的部分15f重疊的面積的偏差會影響經由第1透明部32a而放射的光的量的偏差。
對於此，若根據本實施形態，則第1透明部 32a是設在含發光層13的部分15e上，在未形成有發光層13的領域是未重疊。因此，可抑制經由第1透明部32a來放射的光的偏差。
第1透明樹脂31的折射率是例如比第2透明樹脂32的折射率更低。藉此，從半導體層15往第1透明部32a放射的光會容易從第2透明部32b放射。亦即，使第1透明部32a導光之光的透過率會提升。而且，抑制從第1透明樹脂31往第2透明樹脂32前進之光的全反射。此條件是當被分散於第1透明樹脂31內的螢光體33的濃度高時(低色溫度)有效。
第1透明樹脂31的折射率是例如比第2透明樹脂32的折射率更高。此時，第1透明樹脂31與第2透明樹脂32之間的界面及第2透明樹脂32與光學層30的外部之間的界面的全反射及反射率會被抑制。藉此，從第1透明樹脂31經由第2透明樹脂32往空氣放射的光的取出效率會提升。此條件是當被分散於第1透明樹脂31內的螢光體33的濃度低時(高色溫度)有效。
若根據本實施形態，則可提供一種使光取出效率提升，色度佳的半導體發光裝置。
(第2實施形態)
圖7(a)~圖13(b)是表示第2實施形態的半導體發光裝置的模式圖。
圖7(a)是半導體發光裝置110的模式上面圖，圖7(b)是半導體發光裝置110的模式剖面圖。
在第2實施形態的半導體發光裝置110中也與第1實施形態同樣，在發光元件10上設有光學層30，光學層30是具有第1透明樹脂31。在本實施形態中，光學層30是具有第1透明樹脂31及螢光體層30h、30r，第1透明樹脂31及螢光體層30h、30r的一方是柱狀，另一方是包圍柱狀體。
如圖7B所示般，螢光體層30h是柱狀，第1透明樹脂31是包圍螢光體層30h。例如，如圖8A所示般，亦可第1透明樹脂31是柱狀，螢光體層30r是包圍第1透明樹脂31。
例如設成柱狀的第1透明樹脂31或螢光體層30h是亦可具有複數的柱狀部。例如，如圖8B所示般，包圍柱狀的第1透明樹脂31(柱狀部)的螢光體層30r是被第1透明樹脂31(罩部)包圍。
螢光體層30h是具有：第2透明樹脂32、及複數的粒子狀的螢光體33。在複數的粒子狀的螢光體33之間是設有第2透明樹脂32。螢光體33是例如形成疑似的塊材(柱狀的高濃度螢光體部)。此時，可使從螢光體33產生的熱不經由第2透明樹脂32來朝發光元件10側放熱。因此，螢光體33彼此間互相接觸而形成高濃度含有螢光體33的擬似的塊材之螢光體33的放熱性是比被分散於透明樹脂中的一般性的螢光體33的放熱性更佳。亦即，藉由將螢光體33設為擬似的塊材(bulk)，光學層30的熱阻會減低，可抑制光學層30的發熱及溫度上昇(熱散逸；heat dissipation)。
螢光體層30h中所含的螢光體33的總體積是比第2透明樹脂32的體積更大。螢光體層30h內的狀態是複數的螢光體33的粒子彼此間接觸的狀態，例如80%以上的螢光體33的粒子會與其他的螢光體33的粒子接觸的狀態。
例如，測定螢光體33的總體積及第2透明樹脂32的體積之方法，可使用X線CT。X線CT是可將螢光體層30h的構造顯示成3次元畫像，可鮮明地顯示螢光體層30h中所含的螢光體粒子。因此，螢光體層30h中所含的螢光體間的平均間隔是可利用X線CT來測定。亦即，藉由CT掃描來3次元測定螢光體33的位置，統計處理其資料，藉此可求取平均間隔。
例如，如圖17(b)所示般，複數的螢光體33會彼此接觸而連接於光學層30的厚度方向。藉此，可使在光學層30的上層從螢光體33產生的熱不經由透明樹脂逃往發光元件10(圖17(b)中的箭號方向)。因此，放熱性佳。
如圖7(b)所示般，藉由將螢光體33設為柱狀的擬似的塊材，可抑制光學層30的發熱，可提升光取出效率。而且，發光元件10上的螢光體33的配置控制變容易。藉此，可降低所被放射的光的色度偏差。
在含發光層的半導體層上設有螢光體層的構造中，一般越是接近半導體層之層的螢光體，越吸收來自發光層的激發光(例如藍色光)。因此，越是下層的螢光體，發光量越多，將接近上面的光容易取出至外部的上層 的螢光體的發光量有變少的傾向。
從半導體層15放射的光使設在上層的螢光體33激發的頻率是比使設在下層的螢光體33激發的頻率更低。因此，在螢光體層30h之中，螢光體33的發光量是在厚度方向產生偏差。並且，上層的螢光體阻礙從下層的螢光體放射的光往外部取出。這是螢光體濃度越高越顯著。
相對於此，若根據本實施形態，則在光學層30是設有不含螢光體的第1透明樹脂31。藉此，從設在光學層30的下層之螢光體33放射的光的一部分是經由第1透明樹脂31來放射至外部。因此，從設在光學層30的下層之螢光體33放射的光的取出效率會提升。
而且，如圖8(a)及圖8(b)所示般，藉由設置柱狀的第1透明樹脂31，可更提升光的取出效率。
並且，藉由設置複數的柱狀的第1透明樹脂31及螢光體層30r的一方，可增加螢光體層30h的側面的面積。藉此，可更容易取出光。
除上述外，從半導體層15放射的光的一部分是經由第1透明樹脂31來使設在光學層30的上層之螢光體33激發。因此，無關螢光體33所設的位置，可實現均一的發光量。
如圖7(a)及(b)所示般，複數的螢光體層30h是具有放射彼此不同的波長的光之螢光體33(33r、33g、33y)。在光學層30的面方向(對於厚度方向正交的方向)的中心部側的螢光體層30h(第1螢光部)是設 有發出相對性長波長的光(例如峰值波長610~660nm周邊的紅色的光)的螢光體33r(第1螢光體)。
相對於此，在比光學層30的上述中心部更側面側的螢光體層30h(第2螢光部)設有放射比第1螢光體的發光波長更短波長的光(例如峰值波長500~600nm周邊的綠色的光)的螢光體33g(第2螢光體)。藉此，可使從螢光體33放射的光的再吸收減少。亦即，從螢光體層30h放射的光的取出效率會提升。
又，如圖9(a)及圖9(b)所示般，包圍柱狀的第1透明樹脂31的螢光體層30r是被第1透明樹脂31包圍。藉此，相較於在半導體發光裝置110的端部設有螢光體層30r的情況，可縮小螢光體33的體積的偏差。因此，可抑制色度偏差，可保護螢光體層30r。螢光體33的體積的偏差是因為切割的加工的偏差等的螢光體33的形成而產生。
圖10是半導體發光裝置110的模式剖面圖。
如圖10所示般，光學層30是例如具有光散亂層35。光散亂層35是覆蓋第1透明樹脂31及螢光體層30h的上面。光散亂層35是具有：對於半導體層15的放射光及螢光體33的放射光透明的透明樹脂、及分散於該透明樹脂中的散亂材。散亂材是使半導體層15的放射光及螢光體33的放射光散亂。
在散亂材所被散亂的光是效率佳地激發設在光散亂層35的附近的螢光體33。而且，可控制光的散亂量及指向性，抑制色分離。除了上述以外，藉由進行光散 亂層35的切削加工(膜厚調整)，可調整色度。光散亂層35的切削加工是例如根據測定光的波長的結果來實施。
圖11(a)是半導體發光裝置110的模式上面圖，圖11(b)是半導體發光裝置110的模式剖面圖。
如圖11(b)所示般，第1透明樹脂31是例如在螢光體層30h之上也被設置。在第1透明樹脂31之比螢光體層30h更上的層是設有傾斜部31s。傾斜部31s是對於與發光層13垂直的第1方向(Z方向)傾斜。傾斜部31s是設在螢光體層30h與螢光體層30h之間的領域上。
傾斜部31s是例如設在第1透明樹脂31中所形成的凹陷31h。凹陷31h的內部是例如空洞。在凹陷31h的內部是亦可設置例如折射率比第1透明樹脂31更低的材料。
凹陷32h的深度是從光學層30的側面側往中心部側變深。傾斜部32s的上端是比下端更位於光學層30的側面側。如圖11(a)及圖11(b)的箭號所示般，可使從半導體層15放射前進於螢光體層30h之間的第1透明樹脂31內第1方向(Z方向)而來的光在傾斜部32s全反射至光學層30的側面側。
如圖11(a)所示般，傾斜部31s是例如連續包圍螢光體層30h的周圍。藉此，可控制從半導體層15放射的光的配光特性。
圖12是半導體發光裝置110的模式剖面圖。
如圖12所示般，第1透明樹脂31是具有下層部31a 及上層部31b。在下層部31a設有擁有螢光體33r的螢光體層30h(第1螢光體層)。在上層部31b設有擁有螢光體33g的螢光體層30h(第2螢光體層)。在上層部31b設有發出與設在下層部31a的螢光體33r不同的波長的光的螢光體33g。螢光體33r是發出紅色光，螢光體33g是發出比螢光體33r更短波長的綠色光。上層部31b的螢光體層30h是不與下層部31a的螢光體層30h重疊地設置。
若根據圖12的半導體發光裝置110，則可控制經由第1透明樹脂31的光(藍色的光)的光路，可降低色分離。而且，可抑制從螢光體33g放射的短波長的光的再吸收，可使光的取出效率提升。
圖13(a)及圖13(b)是表示光學層30的螢光體層30h的形狀的剖面圖。
如圖13(a)所示般，例如螢光體層30h的側壁是設成順錐狀。藉此，設在光學層30的上端側的螢光體33容易激發。亦即，從上層側的螢光體33放射的光的取出效率會提升。
如圖13(b)所示般，例如螢光體層30h的側壁是設成逆錐狀。藉此，從螢光體33放射至發光元件10的方向的光會經由第1透明樹脂31來容易放射至外部。亦即，從下層側的螢光體33放射的光的取出效率會提升。
若根據本實施形態，則可與第1實施形態同樣，提供一種使光取出效率提升，色度佳的半導體發光裝置。
其次，參照圖14(a)及圖14(b)，說明有關第2實施形態的半導體發光裝置的製造方法。
如圖14(a)所示般，以切割前的晶圓狀態，在發光元件10上形成光學構件40。在光學構件40是形成有孔40h的圖案。例如，可將形成有孔圖案的薄板狀的光學構件40貼合於複數的半導體層15上。光學構件40是亦可例如在複數的半導體層15上藉由印模法等來形成。
光學構件40是具有第1透明樹脂31及複數的孔40h。第1透明樹脂31是使用可透過從半導體層15放射的光之材料。另外，第1透明樹脂31是亦可例如使用玻璃等的透明材料。孔40h是亦可不貫通光學構件40，在孔40h的底部是亦可形成有第1透明樹脂31。
其次，測定從複數的半導體層15放射的光的波長。此時，例如測定對應於藍色的光之波長。
然後，如圖14(b)所示般，例如利用噴墨法在孔40h中埋入螢光體33。此時，根據測定光的波長的結果，決定埋入孔40h的螢光體33的種類。螢光體33的種類，例如可使用發出紅色的光之螢光體33r、發出黃色的光之螢光體33y及發出綠色的光之螢光體33g等。藉此，可調整從發光元件10經由光學構件40來放射的光的色。
在孔40h中，例如亦可埋入含螢光體33的第2透明樹脂32，例如亦可在含螢光體33的稀釋溶劑被埋入後，使稀釋溶劑氣化。
其次，研磨比光學層30的上面更突出的螢光體33，使平坦化。藉此，形成圖7(a)及圖7(b)所示的半導體發光裝置110。
藉此，可提供一種使光取出效率提升，色度佳的半導體發光裝置。
(第3實施形態)
圖15(a)~圖16是表示第3實施形態的半導體發光裝置的模式圖。
圖15(a)是半導體發光裝置120的模式上面圖，圖15(b)是半導體發光裝置120的模式剖面圖。
在第3實施形態的半導體發光裝置120中也與前述半導體發光裝置110同樣，在半導體層15上設有光學層30，光學層30是具有第1透明樹脂31、及被第1透明樹脂31包圍的螢光體層30h。
在螢光體層30h之中是設有螢光體33。螢光體33是被埋入第1透明樹脂31中，在第1透明樹脂31包圍周圍，形成擬似的塊材。螢光體33是亦可例如在含於第2透明樹脂32的狀態下，設於螢光體層30h之中。此時，與上述的實施形態同樣，含於螢光體層30h的螢光體33的總體積是比第2透明樹脂32的體積更大。
如圖15(b)所示般，螢光體層30h是設在半導體層15上，螢光體層30h是完全覆蓋發光層13之上的領域。
在本實施形態中，半導體發光裝置120是具 有多晶片封裝部70，該多晶片封裝部70是具有複數的半導體層15及支撐體200。例如圖15(a)及圖15(b)所示般，在多晶片封裝部70中設有3個的半導體層15。例如圖16所示般，在多晶片封裝部70中設有4個的半導體層15。
如圖15(a)所示般，在3個的半導體層15的各個之上是設有：含發出紅色的光的螢光體33r的螢光體層30h(第1螢光體層)、含發出綠色的光的螢光體33g的螢光體層30h(第2螢光體層)及不含螢光體的第1透明樹脂31。第1透明樹脂31是除了多晶片封裝部70上之設有螢光體層30h的部分以外設成一體。從第1透明樹脂31放射的光的色是與從半導體層15放射的光的色同樣的藍色。藉此，半導體發光裝置120是可任意地放射紅色、綠色及藍色的光。亦即，可將半導體發光裝置120作為顯示器的1畫素使用。
如圖16所示般，4個的半導體層15之中，在2個的半導體層15之上是設有含螢光體33g的螢光體層30h，在剩下的2個的半導體層15之上是設有含螢光體33r的螢光體層30h及不含螢光體的第1透明樹脂31。若根據本實施形態，則多晶片封裝部70的半導體層15的數量是任意。因此，藉由使半導體層15的數量增加，可使解像度提升。
如圖17(a)所示般，例如螢光體33是分散在厚膜的第1透明樹脂31中而設。亦即，螢光體33是以低濃度的狀態設置。此時，需要使在光學層30的上層從 螢光體33產生的熱經由第1透明樹脂31來逃往發光元件10(圖17(a)中的箭號方向)。
在實施形態中，螢光體33是被埋入螢光體層30h。此時，如圖17(b)所示般，螢光體33是與在薄膜的第1透明樹脂31之中以高濃度的狀態設置時同樣的狀態設置。複數的螢光體33會彼此接觸而連接於光學層30的厚度方向。因此，可使在光學層30的上層從螢光體33產生的熱不經由第1透明樹脂31逃往發光元件10(圖17(b)中的箭號方向)。因此，放熱性佳。
若根據本實施形態，則與前述第1、第2實施形態同樣，可提供一種使光取出效率提升，色度佳的半導體發光裝置。除了上述以外，光學層30的放熱性會改善，可使用在大型顯示器等需要高亮度(大電力)的應用。
而且，螢光體層30h是被第1透明樹脂31包圍。藉此，相較於在半導體發光裝置110的端部設有螢光體層30h的情況，可縮小螢光體33的體積的偏差。因此，可抑制色度偏差，可保護螢光體層30h。螢光體33的體積的偏差是因為切割的加工的偏差等的螢光體33的形成而產生。
在前述的第1~第3實施形態中，光學層30是亦可含複數的粒子狀的散亂材(例如鈦化合物)。又，光學層30是亦可含陶瓷製螢光體、玻璃分散螢光體。第1透明樹脂31及第2透明樹脂32是亦可使用可透過從發光層13放射的光及從螢光體33放射的光的樹脂以外的材料 (例如玻璃等)。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如複數的前述柱狀的前述第1透明部會以等間隔設置。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述傾斜部之對於前述發光層平行的第2方向的寬度要比前述第1透明部的直徑更大。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述傾斜部具有複數的傾斜面，該複數的傾斜面是持有彼此不同的傾斜角度。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述第1透明體的折射率要比前述第2透明體的折射率更高。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述第1透明體的折射率要比前述第2透明體的折射率更低。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述第1透明部的上端部的直徑要比前述第1透明部的下端部的直徑更大。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述第1透明部的上端部的直徑要比前述第1透明部的下端部的直徑更小。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述傾斜部設在前述複數的螢光體層之間的領域上。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如前述傾斜部連續包圍前述複數的螢光體層的周圍。
若根據上述各個的實施形態，則半導體發光裝置是例如更具備設在前述第1透明體上及前述複數的螢光體層上的光散亂層。
以上說明本發明的幾個實施形態，但該等的實施形態是舉例提示者，非意圖限定發明的範圍。該等新穎的實施形態是可在其他各種的形態下被實施，可在不脫離發明的要旨的範圍內進行各種的省略、置換、變更。該等實施形態或其應變是為發明的範圍或要旨所包含，且為申請專利範圍記載的發明及其等效的範圍所包含。
10‧‧‧發光元件
15‧‧‧半導體層
30‧‧‧光學層
31‧‧‧第1透明樹脂
32‧‧‧第2透明樹脂
32a‧‧‧第1透明部
32b‧‧‧第2透明部
32h‧‧‧凹陷
32s‧‧‧傾斜部
33、33y‧‧‧螢光體
100‧‧‧半導體發光裝置

Claims (20)

  1. 一種半導體發光裝置，其特徵係具備：發光元件，其係具有發光層；第1層，其係設在前述發光元件之上，具有透過性；螢光體，其係分散於前述第1層中，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光；及第2層，其係具有第1部分及第2部分，該第1部分係於前述發光元件之上被前述第1層所包圍，具有透過性，該第2部分係設在前述第1層上及前述第1部分上，具有透過性，前述第2部分係形成在前述第1部分之上，具有對於與前述發光層垂直的第1方向傾斜的傾斜部。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述第1部分係設成柱狀。
  3. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中，複數的前述柱狀的前述第1部分係等間隔設置。
  4. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中，前述傾斜部之對於前述發光層平行的第2方向的寬度係比前述第1部分的直徑更大。
  5. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中，前述第1部分的上端部的直徑係比前述第1部分的下端部的直徑更大。
  6. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中，前述第1部分的上端部的直徑係比前述第1部分的下端部的直徑更小。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其 中，前述第1部分係於從前述第2層來看前述發光元件的方向與前述發光層重疊，在無前述發光層的領域未重疊。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述傾斜部的上端係設在比前述傾斜部的下端更靠前述第2層的側面側。
  9. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述第1層的折射率係比前述第2層的折射率更高。
  10. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述第1層的折射率係比前述第2層的折射率更低。
  11. 一種半導體發光裝置，其特徵係具備：發光元件，其係具有發光層；第1層，其係設在前述發光元件之上，具有透過性；及螢光體層，其係具有複數的螢光體及第2層，該複數的螢光體係設在前述發光元件上，發出與從前述發光層放射的光不同的波長的光，該第2層係設在前述複數的螢光體之間，具有透過性，前述第1層及前述螢光體層的一方為柱狀，另一方係包圍前述柱狀，前述螢光體層的前述複數的螢光體的總體積係比前述螢光體層的前述第2層的體積更大。
  12. 如申請專利範圍第11項之半導體發光裝置，其中，前述螢光體層係具有：第1螢光部，其係含第1螢光體；及第2螢光部，其係含發出與前述第1螢光體不同的波長的光的第2螢光體。
  13. 如申請專利範圍第12項之半導體發光裝置，其中，前述第2螢光體係發出比前述第1螢光體更短波長的光，前述第2螢光部係設在比前述第1螢光部更靠前述第1層的側面側。
  14. 如申請專利範圍第11項之半導體發光裝置，其中，前述第1層係於前述螢光體層之上也被設置。
  15. 如申請專利範圍第14項之半導體發光裝置，其中，在比前述第1層的前述螢光體層更上的層設有對於與前述發光層垂直的第1方向傾斜的傾斜部。
  16. 如申請專利範圍第11項之半導體發光裝置，其中，前述柱狀的前述第1層或前述螢光體層係具有複數的柱狀部。
  17. 如申請專利範圍第11項之半導體發光裝置，其中，前述第1層為複數的柱狀，前述螢光體層係包圍前述複數的柱狀，更具有包圍前述第1層的複數的柱狀部及前述螢光體層的罩部。
  18. 如申請專利範圍第11項之半導體發光裝置，其中，前述螢光體層係具有：第1螢光部，其係設在前述第1層的下層部，含第1螢光體；第2螢光部，其係於前述第1層的上層部不與前述第1螢光部重疊地設置，含發出比前述第1螢光體更短波長的光的第2螢光體。
  19. 一種半導體發光裝置，其特徵係具備：多晶片封裝部，其係具有複數的半導體層及支撐體，該複數的半導體層係分別含發光層，彼此被分離，該支撐體係一體支撐前述複數的半導體層，第1層，其係設在前述多晶片封裝部上，具有透過性；第1螢光體層，其係設在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上，在前述第1層包圍周圍，含第1螢光體及設在前述第1螢光體之間的第2層；及第2螢光體層，其係設在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上，在前述第1層包圍周圍，含發出與前述第1螢光體不同的波長的光的第2螢光體及設在前述第2螢光體之間的前述第2層，前述第1螢光體的體積係比前述第1螢光體層的前述第2層的體積更大，前述第2螢光體的體積係比前述第2螢光體層的前述第2層的體積更大，在前述複數的半導體層之中任一個以上的半導體層之上係不設螢光體，而設有前述第1層。
  20. 如申請專利範圍第19項之半導體發光裝置，其中，從前述複數的半導體層放射的光的峰值波長為360nm以上470nm以下，從前述第1螢光體放射的光的峰值波長為610nm以上660nm以下，從前述第2螢光體放射的光的峰值波長為500nm以上600nm以下。
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