TWI505499B - 半導體發光裝置 - Google Patents

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TWI505499B
TWI505499B TW101145464A TW101145464A TWI505499B TW I505499 B TWI505499 B TW I505499B TW 101145464 A TW101145464 A TW 101145464A TW 101145464 A TW101145464 A TW 101145464A TW I505499 B TWI505499 B TW I505499B
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Akihiro Kojima
Miyoko Shimada
Hideyuki Tomizawa
Yoshiaki Sugizaki
Hideto Furuyama
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Toshiba Kk
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Description

半導體發光裝置
實施形態係有關半導體發光裝置。
組合半導體發光元件與螢光體，放射白色光等之可視光或其他的波長帶的光線之半導體發光裝置係小型，作為容易處理之光源，其用途則日益變廣。但半導體發光元件係具有經由動作環境的溫度變化而放射光的波長產生偏移的特性。因此，螢光體的發光強度則產生變化，而放射光的演色性及強度則產生變動。因而，抑制對於動作環境之溫度變化而言之發光特性的變動之半導體發光裝置則作為必要。
本發明之實施形態係提供抑制對於動作環境之溫度變化而言之發光特性的變動之半導體發光裝置。
有關實施形態之半導體發光裝置係具備：包含發光層之半導體層，和經由從前述發光層所放射的光而加以激發的螢光體。在室溫的前述光的放射光譜之峰值波長係較前述螢光體之激發光譜之峰值波長為短波長。
如根據實施形態之半導體發光裝置，抑制對於動作環境之溫度變化而言之發光特性的變動。
以下，對於本發明之實施形態，參照圖面同時加以說明。然而，對於圖面中的同一部分係附上同一符號，其詳細說明係適宜省略，對於不同的部分加以說明。
(第1實施形態)
圖1係有關第1實施形態的半導體發光裝置100之模式剖面圖。
半導體發光裝置100係具有包含發光層13的半導體層15。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配線部，從未設置有電極及配線部之第1的面15a，作為主要將光射出至外部。
半導體層15係具有第1之半導體層11與第2之半導體層12。第1之半導體層11及第2之半導體層12係例如含有氮化鎵。第1之半導體層11係例如，包含基底緩衝層，n型GaN層等。第2之半導體層12係包含p型GaN層，發光層(活性層)13等。發光層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係具有包含發光層13之範圍，和未包含發光層13之範圍。
半導體層15之第2的面係加工成凹凸形狀。第1範圍之凸部係包含發光層13。對於其凸部表面之第2之半導體層12的表面係設置有p側電極16。即，p側電極16係設置於包含發光層13之在第1範圍之第2的面。
在半導體層15之第2的面中，對於凸部的橫側係設置有未含有發光層13之第2的範圍。於其範圍之第1之半導體層11表面，設置有n側電極17。即，n側電極17係設置於未包含發光層13之在第2範圍之第2的面。
如圖7B所示，在半導體層15之第2的面中，含有發光層13之第2之半導體層12的面積係較未含有發光層13之第1之半導體層11的面積為寬。
另外，如圖8B所示，在半導體層15中，設置於含有發光層13之範圍的p側電極16則較設置於未含有發光層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8B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係被覆保護發光層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1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，對於發光層13之電流分布則提升，且發光層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發光層13而得到高的光輸出者。並且，設置於較包含發光層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。包含發光層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1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薄。
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100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100於安裝基板之狀態中，p側金屬柱23及n側金屬柱24則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17之變形例所示，藉由設置於1個大的第1開口部18a內，較貫孔21a平面尺寸大的柱體21c，使p側配線層21連接於p側電極16亦可。由此，藉由均為金屬之p側電極16，p側配線層21及p側金屬柱23而可謀求發光層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100作為低背化。
對於半導體層15之第1的面15a係形成微小的凹凸。對於第1的面15a而言，進行例如使用鹼性系溶液之濕蝕刻(粗糙處理)，形成凹凸。以於發光層13之發光光的主要取出面之第1的面15a設置凹凸者，成為未以各種 角度使入射於第1的面15a的光進行全反射，而可取出於第1的面15a之外側者。
對於第1的面15a上係設置有螢光體層30。螢光體層30係包含透明樹脂31，和分散於透明樹脂31中之複數之粒子狀或粉末狀之螢光體32。
透明樹脂31係具有對於發光層13之發光及螢光體32之發光而言的透過性，例如，可使用聚矽氧樹脂，丙烯酸樹脂，苯基樹脂等。
螢光體32係可吸收發光層13的發光(激發光)而將波長變換光發光。因此，半導體發光裝置100係可射出發光層13的發光，和與螢光體32的波長變換光之混合光。
例如，發光層13係放射峰值波長480nm以下的發光，螢光體32係放射峰值波長480nm以上的發光。螢光體13作為發光成黃色光的黃色螢光體時，作為GaN系材料之發光層13的藍色光，與在螢光體32之波長變換光之黃色光之混合色，可得到白色或燈泡色等者。然而，螢光體層30係亦可為包含複數種之螢光體(例如，發光成紅色光之紅色螢光體，和發光成綠色光的綠色螢光體)之構成。
圖2係顯示有關第1實施形態之螢光體32a的特性的圖表。縱軸係峰值強度作為規格化之規格化強度，橫軸係光波長。
對於圖2係顯示螢光體32a激發光譜C1 ，和發光層13之放射光譜A及B。放射光譜A係顯示室溫，即，在 動作環境溫度20℃之發光層13的發光特性，放射光譜B係顯示在動作環境溫度140℃之發光特性。
在此，動作環境溫度係指使半導體發光裝置100動作之環境的溫度，與發光層13的溫度不同。例如，半導體發光裝置100係以特定之定額電流進行動作，發光層13的溫度係成為較半導體發光裝置100之動作環境溫度為高溫。另外，定額電流係指使半導體發光裝置100動作之最佳的驅動電流，例如，依存於其構造及半導體層15之尺寸，設定為可保證特定壽命之電流範圍。
如圖2所示，在定電流動作之發光層13的放射光譜係與動作環境溫度之上升同時而位移至長波長側。例如，放射光譜A之峰值波長係435nm，而放射光譜B之峰值波長係443nm。
更且，與動作環境溫度之上升同時，發光層13的放射光譜之強度則下降。例如，將放射光譜A之峰值強度作為1而規格化之情況，放射光譜B之峰值強度係0.96。
螢光體32a係經由從發光層13所放射的光而加以激發。如圖2所示，螢光體32a激發光譜C1 之峰值PX1 係例如，位置於光波長443nm。另一方面，放射光譜A之峰值波長係435nm。即，在本實施形態中，在室溫的發光層13的放射光譜之峰值波長係較螢光體32a之激發光譜之峰值波長為短波長。並且，放射光譜B之峰值波長係443nm，在動作環境溫度140℃之發光層13的放射光譜之 峰值波長係一致於螢光體32a之激發光譜之峰值波長。
在此，峰值波長為一致係指不僅在嚴格的意思之一致，而亦包含大概一致之情況。即，發光層13的放射光譜之峰值波長則如為螢光體32a之激發光譜之峰值波長之附近即可。
如此，在本實施形態中，在室溫之發光層13之發光峰值PL1 係位於較螢光體之激發峰值PX1 為短波長側，與動作環境溫度之上升同時而位移至長波長側。並且，動作環境溫度為140℃之情況，發光層13之發光峰值PL1 係一致於激發峰值PX1 。即，與動作環境溫度之上升同時，螢光體之激發強度變高，成為最大之140℃。由此，補償經由動作環境溫度之上升而下降之發光層13的發光強度，可抑制半導體發光裝置100之光輸出的溫度變動者。
例如，半導體發光裝置100之動作環境之最高溫度如為140℃，在從室溫至140℃之範圍中，可抑制光輸出之溫度變化者。另外，發光層13之發光峰值PL1 則一致於激發峰值PX1 的溫度係不限於140℃，而例如，經由調整螢光體的組成之時而可設定為任意之最高動作環境溫度。
在此，動作環境之最高溫度係指在使用半導體發光裝置之環境中，可想定之最高溫度。半導體發光裝置係經由動作溫度而特性產生變化，另外，其信賴性(壽命)亦產生變化。因此，可設定對應對於半導體發光裝置所要求之特性及信賴性之動作環境之最高溫度者。並且，在本實施形態中，在其最高動作溫度中，選擇最佳的螢光體而使用。
圖3係顯示有關本實施形態之變形例的螢光體32b的特性的圖表。縱軸係峰值強度作為規格化之規格化強度，橫軸係光波長。
在本變形例中，螢光體32b激發光譜C2 中，激發峰值PX2 係位於較發光層13之發光峰值PL2 為長波長側。伴隨於半導體發光裝置100之動作溫度的上升，發光層13之發光峰值係位移至螢光體32b的激發強度變高之方向。並且，對應於發光峰值之位移，而螢光體32b的激發強度變高，但越接近激發峰值PX2 ，其變化係變小。隨之，經由將發光層13之發光峰值的位移範圍設定為較激發峰值PX2 為短波長側之時，成為更可單調地使螢光體32b的激發強度增加者。
圖4係表示包含有關變形例之螢光體32b的半導體發光裝置100之發光特性的圖表。圖4A係顯示輸出光的放射光譜，圖4B係顯示輸出光的色度座標Cx ，Cy 之溫度變化。
圖4A所示之半導體發光裝置100的放射光譜係含有對應於發光層13之發光峰值PL1 及PL2 之藍色光的峰值，和從螢光體32b所放射之560nm附近之黃色光的峰值。
伴隨著使半導體發光裝置100之動作環境溫度，從20℃變化為140℃，藍色光的峰值係從PL1 位移至PL2 ，其強度則下降。另一方面，螢光體32b的激發強度係如圖3所示，伴隨著激發光的藍色光之波長位移而增加。作為結果，補償激發光的強度之下降，可抑制黃色光的峰值強 度之變動者。
圖4B係顯示從20℃至140℃之間的色座標Cx 及Cy 之變化。如圖4A所示，抑制了黃色光的峰值強度之變動之故，而Cx 及Cy 之溫度變化係0.01以下。
圖22及圖23係顯示有關比較例之半導體發光裝置500(未圖示)之特性的圖表。有關比較例之半導體發光裝置500係具有與圖1所示之半導體發光裝置100同樣構造，螢光體層30係包含與半導體發光裝置100不同之螢光體32f。
圖22係表示螢光體32f之激發光譜D2 ，和發光層13之發光光譜A及B的圖表。螢光體32f之激發光譜D2 係於較發光光譜A及B之峰值PL1 及PL2 為短波長側具有激發峰值，如圖22所示，激發強度係伴隨著成為長波長而下降。
圖23係表示半導體發光裝置500之發光特性的圖表。圖23A係顯示輸出光的放射光譜，圖23B係顯示輸出光的色度座標Cx ，Cy 之溫度變化。
圖23A所示之半導體發光裝置500的放射光譜係含有對應於發光層13之發光峰值PL1 及PL2 之藍色光的峰值，和從螢光體32f所放射之560nm附近之黃色光的峰值。
伴隨著使半導體發光裝置500之動作環境溫度，從20℃變化為140℃，藍色光的峰值係從PL1 位移至PL2 。對應於此等，而螢光體32f之激發強度則下降，黃色光的峰值強度係從PE1 降低至PE3 。
圖23B係顯示從20℃至140℃之間的色座標Cx 及Cy 之變化。各自對應於黃色光的峰值強度之下降，Cx 係從0.34下降至0.32，Cy 係從0.42下降至0.38。即，比較於圖4B所示之半導體發光裝置100，顯示2倍以上之溫度變化。
如上述，在有關實施形態之半導體發光裝置100中，對於動作環境溫度的變化，加上於光輸出的溫度變動，成為亦可抑制色度的變動者。在螢光體32b中，為了於較激發光譜C2 之峰值波長為短波長側設定發光層13之放射光譜的峰值波長，而有較利用螢光體32a之情況光輸出下降之情況，但可實現抑制光輸出之溫度變動及色度之變動的半導體發光裝置者。
接著，參照圖5A~圖16B，對於實施形態之半導體發光裝置100之製造方法加以說明。圖5A~圖16B係表示在晶圓狀態之一部分的範圍。
圖5A係顯示於基板10的主面(在圖5A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5B係對應於圖5A之下面圖。
於基板10的主面上形成有第1半導體層11，並於其上方形成包含發光層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，如圖6A及其下面圖之圖6B所示，使用未圖示之光阻劑光罩，例如經由RIE(Reactive Ion Etching)法，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，例如形成為晶格狀，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，如圖7A及其下面圖之圖7B所示，使用未圖示之光阻劑光罩，例如經由RIE法，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之範圍係未含有發光層13。
接著，如圖8A及其下面圖之圖8B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係先形成任何一個均可，亦可以相同材料同時形成。
p側電極16係對於發光層13之發光而言具有反射性，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，或發光層13之端面(側面)，作為鈍化膜，例如以CVD(chemical vapor deposition)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，將基板10之主面上露出之部分所有，以圖9A所示之絕緣膜18被覆之後，例如經由濕蝕刻而將絕緣膜18圖案化。接著，於絕緣膜18，選擇性地形成第1開口18a與第2開口18b。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，將形成於絕緣膜18上之光阻劑進行圖案化，經由使用光阻劑光罩之選擇蝕刻，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9B所示，形成金屬膜19。金屬膜19係在後述之電 鍍工程中，作為金屬種而使用。
金屬膜19係例如以濺鍍法而形成。金屬膜19係有例如，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9C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10A及其下面圖之圖10B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，例如，由銅材料所成。
p側配線層21係亦形成於第1開口18a內，藉由金屬膜19而加以電性連接於p側電極16。n側配線層22係亦形成於第2開口18b內，藉由金屬膜19而加以電性連接於n側電極17。
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11A及其下面圖之圖11B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開口92a與第2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12A及其下面圖 之圖12B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，例如，由銅材料所成。
光阻劑92係如圖13A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13B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14A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，對於發光層13之發光而言賦予遮光性亦可。
接著，如圖14B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。雷射光係透過基板10，由第1半導體層11所吸收之波長範圍的光。
雷射光則到達至基板10與第1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之間形成微小的間隙。並且，將雷射光的照射，對於各所設定之範圍，分為複數次遍佈於晶圓全體加以進行，從第1半導體層11分離基板10。
另外，基板10為矽基板之情況，可經由蝕刻而從半導體層11除去。
形成於基板10之主面上的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，以及構成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，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。在此蝕刻中，產生有依存於結晶面方位之蝕刻速度之不同。由此，如圖15A所示，可於第1的面15a形成凹凸者。或者，以光 阻劑進行圖案化之後，進行蝕刻，於第1的面15a形成凹凸亦可。經由形成凹凸於第1的面15a之時，可提升光取出效率。
接著，如圖15B所示，於第1的面15a上形成螢光體層30。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。
分散於螢光體層30的螢光體32係例如，包含發射成黃色的螢光之螢光體，或發射成紅色的螢光之螢光體，和發射成綠色的螢光之螢光體。
作為發射成黃色的螢光之螢光體，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
Li(Eu,Sm)W2 O8 、(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 、Li2 SrSiO4 ：Eu2+ 、(Sr(Ca,Ba)3 SiO5 ：Eu2+ 、SrSi2 ON2.7 ：Eu2+
作為發射成紅色的螢光之螢光體，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
La2 O2 S：Eu,Sm、LaSi3 N5 ：Eu2+ 、α-sialon：Eu2+ 、CaAlSiN3 ：Eu2+ 、(SrCa)AlSiN3 ：EuX+ 、 Srx (Siy Al3 )z (Ox N)：EuX+
作為發射成綠色的螢光之螢光體之材料，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
Al5 Lu3 O12 ：Ce、(Ba,Sr,Mg)O．aAl2 O3 ：Mn、(BaSr)SiO4 ：Eu、α-sialon：Yb2+ β-sialon：Eu2+ (CaSr)Si2 O4 N7 ：Eu2+ 、Sr(SiAl)(ON)：Ce
然而，上述之螢光體材料係並非以限定於此等之意圖而例示，而亦可變更為另外的材料者。
例如，在室溫的動作環境之發光層13的發光峰值之波長為430~480nm時，可將分散於螢光體層30之螢光體32的材料，從上述螢光體材料而作選擇。即，考慮發光層13的發光峰值之溫度依存性，選擇在最高動作溫度140℃之發光峰值之波長，和激發峰值之波長為一致之材料。另外，亦可選擇在最高動作溫度140℃之發光層13的發光峰值之波長則成為較螢光體32之激發峰值為短波長之材料者。
將分散有螢光體32之液狀的透明樹脂31，例如經由印刷，裝填，鑄模，壓縮成形等之方法而供給至第1的面 15a上之後，使其熱硬化。接著，研削樹脂層25之表面(在圖15B的下面)，如圖16A及其下面圖之圖16B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，絕緣膜18及樹脂層25，個片化成複數之半導體發光裝置100。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，即已除去基板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100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。
圖18係表示有關第1實施形態之變形例的半導體發光裝置200的模式剖面圖。在半導體發光裝置200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對於發光層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，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n側電極17對於發光層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)。
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(在圖面下面)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(在圖面下面)係從樹脂層25露出，作為n側外部端子24a而發揮機能。
或者，如後述，使p側金屬柱23之側面，和n側金屬柱24之側面露出，作為側視形式之半導體發光裝置亦可。
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，隔著絕緣膜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。
更且，於第1的面15a上設置螢光體層30。螢光體層30係包含透明樹脂31，和分散於透明樹脂31之螢光體32。螢光體32係為前述之螢光體32a或32b，抑制半導體發光裝置200之光輸出及色度的溫度變化。
作為本實施形態之又變形例，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，而經由以相同工程一體形成p側配線層21與p側金屬柱23之時而設置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，而以相同工程而形成n側配線層22與n側金屬柱24，一體地設置n側配線部亦可。
(第2實施形態)
圖19A係有關第1實施形態之變形例的半導體發光裝置300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。另外，圖20係具有安裝半導體發光裝置300於安裝基板310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。
另一方面，對於第1的面15a與螢光體層30之間係設置有透鏡36。透鏡36係將發光層13的發光進行集光，而使配光提昇。另外，亦可成為未設置透鏡36之構成。
此半導體發光裝置300係如圖20所示，以將第3的面25b朝向安裝基板310之安裝面301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301之墊片302而言，藉由焊錫303而加以接合。對於安裝基板310之安裝面301係亦形成有配線圖案，墊片302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301側的姿勢，第1的面15a係並非安裝面301之上方，而朝向橫方向。即，半導體發光裝置300係於將安裝面301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。
在如此之側視形式之半導體發光裝置300中，由含有螢光體32a及32b於螢光體層30者，可抑制光輸出力及色度的溫度變化。
(第3實施形態)
圖21係顯示有關第3實施形態之半導體發光裝置400(未圖示)的特性的圖表。半導體發光裝置400係具有與圖1所示之半導體發光裝置100同樣構造，螢光體層30係包含與半導體發光裝置100不同之螢光體32c，32d。
在圖21A所示的例中，半導體發光裝置400係於螢光體層30含有螢光體32c。並且，在室溫中，從發光層13所放射的光的放射光譜A之峰值波長係一致於螢光體32c之激發光譜C3 之峰值波長。更且，在室溫動作之發光層13的放射光譜之峰值強度PL1 ，和在最高動作環境溫度之發光層13的放射光譜之峰值強度PL2 的比PL1 /PL2 ，係相等於螢光體32c之激發光譜C3 之峰值強度PX3 ，和對應於在最高動作環境溫度之發光層13的放射光譜之峰值 波長之螢光體32c之激發光譜的強度PY3 的比PX3 /PY3 。在此，各自的比係在嚴格的意思上不僅相等，而其值近似亦可。
另外，在圖21B所示的例中，半導體發光裝置400係於螢光體層30含有螢光體32d。並且，在室溫動作中，從發光層13所放射的光的放射光譜A之峰值波長係較螢光體32d之激發光譜D1 之峰值波長為長波長。更且，在室溫動作之發光層13的放射光譜之峰值強度PL1 ，和在最高動作環境溫度之發光層13的放射光譜之峰值強度PL2 的比PL1 /PL2 ，係相等於對應於在室溫動作之發光層13的放射光譜之峰值波長之螢光體32d之激發光譜D1 的峰值強度PX4 ，和對應於在最高動作環境溫度之發光層13的放射光譜之峰值波長之螢光體32c之激發光譜的強度PY4 的比PX4 /PY4 。
更且，當考慮經由螢光體32c及32d之溫度的輸出變化時。
PL1 /PL2 =(PP1 /PP2 )×(PX /PY )．．．(1)為佳。在此PP1 係在室溫之螢光體的放射光譜之峰值強度，PP2 係在最高動作溫度之螢光體的放射光譜之峰值強度，PX 係對應於在室溫之發光層13的放射光譜之峰值波長之螢光體之激發光譜的強度，PY 係對應於在最高動作環境溫度之發光層13的放射光譜之峰值波長之螢光體之激 發光譜的強度。
如此，在本實施形態中，將發光層13的光譜強度之溫度變化率，一致於對應於在各溫度之放射光譜之峰值波長的螢光體32之激發強度的變化率。由此，將激發光的強度，和螢光體之放射的光之強度之關係，保持為一定，而可抑制色度之溫度變化。
分散於螢光體層30的螢光體32c及32d係例如，包含發射成黃色的螢光之螢光體，或發射成紅色的螢光之螢光體，和發射成綠色的螢光之螢光體。作為發射成黃色的螢光之螢光體，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
Li(Eu,Sm)W2 O8 、(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 、Li2 SrSiO4 ：Eu2+ 、(Sr(Ca,Ba)3 SiO5 ：Eu2+ SrSi2 ON2.7 ：Eu2+
作為發射成紅色的螢光之螢光體之材料，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
La2 O2 S：Eu,Sm、LaSi3 N5 ：Eu2+ 、α-sialon：Eu2+ 、CaAlSiN3 ：Eu2+ 、(SrCa)AlSiN3 ：EuX+ 、 Srx (Siy Al3 )z (Ox N)：EuX+
作為發射成綠色的螢光之螢光體之材料，例如，可例示由以下化學式所表示之材料者。
Al5 Lu3 O12 ：Ce、(Ba,Sr,Mg)O．aAl2 O3 ：Mn、(BaSr)SiO4 ：Eu、α-sialon：Yb2+ β-sialon：Eu2+ (CaSr)Si2 O4 N7 ：Eu2+ 、Sr(SiAl)(ON)：Ce
然而，上述之螢光體材料係並非以限定於此等之意圖而例示，而亦可變更為另外的材料者。
例如，將在室溫動作之發光層13的放射光譜之峰值波長作為430nm~480nm時，作為螢光體32d，可使用上述螢光體材料之至少1個。即，考慮發光層13的放射光譜之峰值波長的溫度依存性，從上述之螢光體材料，在室溫之激發光譜的峰值波長則較發光層13的放射光譜之峰值波長為短波長，其PX4 /PY4 則可選擇一致於發光層13之PL1 /PL2 的螢光體材料。更且，理想係隨著式(1)，考慮螢光體之放射光譜的溫度變化而選擇螢光體材料。
由此，在溫度範圍20℃~140℃之間，可使發光層13的放射光譜之峰值強度的變化率，與對應在各溫度之放射 光譜之峰值波長的螢光體32之激發強度的變化率作為一致者。
更且，作為螢光體32c，可選擇激發光譜之峰值波長，與在室溫動作之發光層13的放射光譜之峰值波長為一致之構成者。由此，在溫度範圍20℃~140℃之間，可使發光層13的放射光譜之峰值強度的變化率，與對應在各溫度之放射光譜之峰值波長的螢光體32之激發強度的變化率作為一致者。
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，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。
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‧‧‧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
21b‧‧‧側面
22‧‧‧n側配線層
23‧‧‧p側金屬柱
23a‧‧‧p側外部端子
23b‧‧‧p側外部端子
24‧‧‧n側金屬柱
24a‧‧‧n側外部端子
24b‧‧‧n側外部端子
25‧‧‧樹脂層
25b‧‧‧第3的面
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧透明樹脂
32‧‧‧螢光体
32a‧‧‧螢光体
32b‧‧‧螢光体
32c‧‧‧螢光体
32d‧‧‧螢光体
32f‧‧‧螢光体
36‧‧‧透鏡
51‧‧‧p側墊片
52‧‧‧n側墊片
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
100‧‧‧半導體發光裝置
200‧‧‧半導體發光裝置
300‧‧‧半導體發光裝置
400‧‧‧半導體發光裝置
500‧‧‧半導體發光裝置
圖1係有關第1實施形態之半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖2係顯示有關第1實施形態之螢光體之特性的圖表。
圖3係顯示有關第1實施形態之螢光體之變形例的特性的圖表。
圖4A、B係顯示有關第1實施形態之半導體發光裝置之發光特性的圖表。
圖5A、B係顯示有關第1實施形態之半導體發光裝置之製造過程的模式圖。
圖6A、B係顯示持續圖5A、B之製造過程的模式圖。
圖7A、B係顯示持續圖6A、B之製造過程的模式圖。
圖8A、B係顯示持續圖7A、B之製造過程的模式圖。
圖9A、B、C係顯示持續圖8A、B之製造過程的模式圖。
圖10A、B係顯示持續圖9A、B、C之製造過程的模式圖。
圖11A、B係顯示持續圖10A、B之製造過程的模式圖。
圖12A、B係顯示持續圖11A、B之製造過程的模式圖。
圖13A、B係顯示持續圖12A、B之製造過程的模式圖。
圖14A、B係顯示持續圖13A、B之製造過程的模式圖。
圖15A、B係顯示持續圖14A、B之製造過程的模式圖。
圖16A、B係顯示持續圖15A、B之製造過程的模式圖。
圖17係有關第1實施形態之變形例的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖18係有關第1實施形態之其他變形例的半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖19A、B、C係有關第2實施形態之半導體發光裝置的模式剖面圖。
圖20係安裝圖19A、B、C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、B係顯示有關第3實施形態之半導體發光裝置之特性的圖表。
圖22係顯示有關比較例之螢光體之特性的圖表。
圖23A、B係顯示有關比較例之半導體發光裝置之發光特性的圖表。
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
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧透明樹脂
32‧‧‧螢光體
100‧‧‧半導體發光裝置

Claims (19)

  1. 一種半導體發光裝置，其特徵為具備：包含發光層之半導體層，和經由從前述發光層所放射的光而加以激發之螢光體，在室溫的前述光的放射光譜之峰值波長係較前述螢光體之激發光譜之峰值波長為短波長，前述激發光譜係前述螢光體之吸收光譜。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境之最高溫度的前述放射光譜之峰值波長係較前述激發光譜之峰值波長為短波長。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境之最高溫度的前述放射光譜之峰值波長係一致於前述激發光譜之峰值波長。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述放射光譜之峰值波長係較480nm為短波長。
  5. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，前述放射光譜之峰值波長係在定電流動作中，與動作環境溫度之上升同時位移至長波長側。
  6. 一種半導體發光裝置，其特徵為具備：具有第1的面，與其相反側之第2的面，與發光層之半導體層，且為具有包含前述發光層之範圍，與未包含前述發光層之範圍之半導體層，和設置於在包含前述半導體層之前述發光層的範圍之 前述第2的面之p側電極，和設置於在未包含前述半導體層之前述發光層的範圍之前述第2的面之n側電極，和設置於前述第1的面上，具有透明樹脂，與分散於前述透明樹脂中之螢光體之螢光體層，其中，較在室溫之前述發光層之放射光譜的峰值波長，前述螢光體之激發光譜的峰值波長為長波長之螢光體層。
  7. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境之最高溫度的前述放射光譜之峰值波長係較前述激發光譜之峰值波長為短波長。
  8. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境之最高溫度的前述放射光譜之峰值波長係一致於前述激發光譜之峰值波長。
  9. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，前述放射光譜之峰值波長係較480nm為短波長。
  10. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，前述放射光譜之峰值波長係在定電流動作中，與動作環境溫度之上升同時位移至長波長側。
  11. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，於前述第1的面設置有凹凸，前述螢光體層係被覆前述凹凸者。
  12. 如申請專利範圍第6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。
  13. 如申請專利範圍第12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。
  14. 如申請專利範圍第13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。
  15. 如申請專利範圍第13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。
  16. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境溫度140℃的前述發光層的前述放射光 譜之前述峰值波長係較前述激發光譜之前述峰值波長短。
  17. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，在動作環境溫度140℃的前述發光層的前述放射光譜之前述峰值波長係較前述激發光譜之前述峰值波長短。
  18. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光裝置，其中，在前述室溫的前述發光層在前述放射光譜之前述峰值波長之前述螢光體的前述激發光譜之強度係較在動作環境溫度140℃的前述發光層在前述放射光譜之前述峰值波長之前述螢光體的前述激發光譜之強度低。
  19. 如申請專利範圍第6項記載之半導體發光裝置，其中，在前述室溫的前述發光層在前述放射光譜之前述峰值波長之前述螢光體的前述激發光譜之強度係較在動作環境溫度140℃的前述發光層在前述放射光譜之前述峰值波長之前述螢光體的前述激發光譜之強度低。
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