TWI545799B - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本申請案享受以日本專利申請案2014-65820號(申請日:2014年3月27日)為基礎申請案之優先權。本申請藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全體內容。
本發明之實施形態係關於一種半導體發光裝置。
提出有一種晶片尺寸封裝構造之半導體發光裝置,其於包含發光層之半導體層之一側設置螢光體層,於另一側設置電極、佈線層及樹脂層,面向實用化而要求較高之可靠性。
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。
根據實施形態,半導體發光裝置包含半導體層、第1電極、第2電極、第1絕緣膜、第1佈線部、第2佈線部、第2絕緣膜、光學層、及藉由粗糙面之膜。上述半導體層具有第1側、及與上述第1側為相反側之第2側,且包含發光層。上述第1電極及上述第2電極係於上述第2側設於上述半導體層。上述第1絕緣膜設於上述第2側。上述第1佈線部係設於上述第1絕緣膜上,且與上述第1電極連接。上述第2佈線部係設於上述第1絕緣膜上,且與上述第2電極連接。上述第2絕緣膜係設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間、及與上述半導體層之側面相鄰之晶片外周部。上述光學層係設於上述第1側、及上述晶片外周部
之上述第2絕緣膜上,且對上述發光層之放射光具有透過性。上述膜係設於上述晶片外周部之上述第2絕緣膜與上述光學層之間,且於與上述光學層相接之側具有粗糙面。
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側
15b‧‧‧第2側
15c‧‧‧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‧‧‧密接膜
18b‧‧‧第2開口
18c‧‧‧密接膜
18d‧‧‧直線狀區域
19‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側佈線層
21a‧‧‧通孔
22‧‧‧n側佈線層
22a‧‧‧通孔
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‧‧‧螢光體
32‧‧‧結合材
41‧‧‧p側佈線部
43‧‧‧n側佈線部
51‧‧‧反射膜
60‧‧‧金屬膜
61‧‧‧基底金屬膜
62‧‧‧密接層
63‧‧‧籽晶層
90‧‧‧槽
91‧‧‧抗蝕劑掩膜
92‧‧‧抗蝕劑掩膜
100‧‧‧支持體
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖面圖。
圖2(a)-(c)係實施形態之半導體發光裝置之模式俯視圖。
圖3(a)、(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面圖。
圖4(a)、(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面圖。
圖5(a)、(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面圖。
圖6(a)、(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面圖。
圖7(a)、(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面圖。
圖8(a)、(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面圖。
圖9(a)、(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面圖。
以下,參照圖式對實施形態進行說明。再者,各圖式中,對相同要素標註相同符號。
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖面圖。
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對應於圖2(a)之A-A'截
面。圖2(a)對應於將圖1中之佈線部41、43、樹脂層25、絕緣膜18、及反射膜51去除後自半導體層15之第2側觀察之圖。又,圖2(a)對應於圖4(b)之積層體(除基板10外)之俯視圖。
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含具有發光層13之半導體層15。半導體層15具有第1側15a、及與該第1側15a為相反側之第2側15b(參照圖3(a))。
如圖4(a)所示,半導體層15之第2側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之中積層有發光層13之部分。不包含發光層13之部分15f係於半導體層15之中未積層發光層13之部分。包含發光層13之部分15e表示成為可使發光層13之發光光掠出至外部之積層構造的區域。
於第2側,在包含發光層13之部分15e之上設有p側電極16作為第1電極,於不包含發光層之部分15f之上,設有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。
電流係通過p側電極16及n側電極17而被供給至發光層13,發光層13發光。然後,自發光層13放射之光自第1側15a出射至半導體發光裝置之外部。
於半導體層15之第2側,如圖1所示設有支持體100。包含半導體層15、p側電極16及n側電極17之發光元件被設於第2側之支持體100支持。
於半導體層15之第1側15a,作為對半導體發光裝置之釋出光賦予
所需光學特性之光學層而設有螢光體層30。螢光體層30包含複數之粒子狀之螢光體31。螢光體31係藉由發光層13之放射光而被激發,放射與上述放射光不同波長之光。
複數之螢光體31係藉由結合材32而一體化。結合材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」,並不限於透過率100%,亦包含吸收光之一部分之情形。
半導體層15包含第1半導體層11、第2半導體層12、及發光層13。發光層13係設於第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含有發出藍色光、紫色光、藍紫色光、紫外光等之材料。發光層13之發光波峰波長為例如430~470nm。
半導體層15之第2側被加工為凹凸形狀。其凸部係包含發光層13之部分15e,凹部係不包含發光層13之部分15f。包含發光層13之部分15e之表面係第2半導體層12之表面,且於第2半導體層12之表面設有p側電極16。不包含發光層13之部分15f之表面係第1半導體層11之表面,且於第1半導體層11之表面設有n側電極17。
於半導體層15之第2側,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之面積廣。又,設於包含發光層13之部分15e之表面的p側電極16之面積亦較設於不包含發光層13之部分15f之表面的n側電極17之面積廣。藉此,可獲得較廣之發光面,從而可提高光輸出。
如圖2(a)所示,n側電極17具有例如4條直線部,且於其中之1條直線部設有向此直線部之寬度方向突出之接觸部17c。於該接觸部17c之表面如圖1所示連接有n側佈線層22之通孔22a。
如圖1所示,半導體層15之第2側、p側電極16及n側電極17被絕緣膜(第1絕緣膜)18覆蓋。絕緣膜18為例如氧化矽膜等無機絕緣膜。絕緣膜18亦設於發光層13之側面及第2半導體層12之側面,且覆蓋該等側面。
又,絕緣膜18亦設於半導體層15中之自第1側15a連續之側面(第1半導體層11之側面)15c,且覆蓋此側面15c。
進而,絕緣膜18之一部分作為密接膜18c而亦設於半導體層15之側面15c之周圍之晶片外周部。設於晶片外周部之密接膜18c係於第1側15a向遠離側面15c之方向延伸。絕緣膜18及密接膜18c係利用相同材料而一體地設置。
於第2側之絕緣膜18上,彼此分離地設有作為第1佈線層之p側佈線層21、及作為第2佈線層之n側佈線層22。如圖5(b)所示,絕緣膜18形成有通向p側電極16之複數之第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亦可為更大之一個開口。
p側佈線層21係設於絕緣膜18上及第1開口18a之內部。p側佈線層21經由設於第1開口18a內之通孔21a而與p側電極16電性連接。
n側佈線層22係設於絕緣膜18上及第2開口18b之內部。n側佈線層22經由設於第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側佈線層21及n側佈線層22佔據第2側之區域之大部分而於絕緣膜18上擴散。p側佈線層21經由複數之通孔21a而與p側電極16連接。
又,反射膜51介隔絕緣膜18而覆蓋半導體層15之側面15c。反射膜51並不與側面15c相接,不與半導體層15電性連接。反射膜51相對於p側佈線層21及n側佈線層22而分隔。反射膜51相對於發光層13之放射光及螢光體31之放射光而具有反射性。
反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22包含於圖6(a)所示之共通之金屬膜60上例如藉由鍍敷法同時形成的銅膜。
構成反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22之例如銅膜係藉由鍍敷法形成於絕緣膜18上形成之金屬膜60上。反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22之各者之厚度較金屬膜60之厚度厚。
金屬膜60包含自絕緣膜18側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係對於發光層13之放射光具有較高反射性之例如鋁膜。
籽晶層63係用於藉由鍍敷使銅析出之銅膜。密接層62係對於鋁及銅之兩方而言潤濕性優異之例如鈦膜。
再者,於與半導體層15之側面15c相鄰之晶片外周部,亦可不於金屬膜60上形成鍍敷膜(銅膜),而是以金屬膜60形成反射膜51。反射膜51藉由至少包含鋁膜61而相對於發光層13之放射光及螢光體31之放射光具有較高之反射率。
又,由於在p側佈線層21及n側佈線層22之下亦殘留有基底金屬膜(鋁膜)61,故而於第2側之大部分之區域,鋁膜61擴散形成。藉此,可增大朝向螢光體層30側之光之量。
p側佈線層21之與半導體層15為相反側之面設有p側金屬柱23作為第1金屬柱。p側佈線層21及p側金屬柱23形成p側佈線部(第1佈線部)41。
n側佈線層22之與半導體層15為相反側之面設有n側金屬柱24作為第2金屬柱。n側佈線層22及n側金屬柱24形成n側佈線部(第2佈線部)43。
於p側佈線部41與n側佈線部43之間設有樹脂層25作為第2絕緣膜。樹脂層25係以與p側金屬柱23之側面及n側金屬柱24之側面相接之
方式,設於p側金屬柱23與n側金屬柱24之間。即,於p側金屬柱23與n側金屬柱24之間填充有樹脂層25。
又,樹脂層25係設於p側佈線層21與n側佈線層22之間、p側佈線層21與反射膜51之間、及n側佈線層22與反射膜51之間。
樹脂層25係設於p側金屬柱23之周圍及n側金屬柱24之周圍,且覆蓋p側金屬柱23之側面及n側金屬柱24之側面。
又,樹脂層25亦設於與半導體層15之側面15c相鄰之晶片外周部,且覆蓋反射膜51。
p側金屬柱23之與p側佈線層21為相反側之端部(面)係自樹脂層25露出,作為可與安裝基板等外部電路連接之p側外部端子23a發揮功能。n側金屬柱24之與n側佈線層22為相反側之端部(面)係自樹脂層25露出,作為可與安裝基板等外部電路連接之n側外部端子24a發揮功能。p側外部端子23a及n側外部端子24a係經由例如焊料、或導電性之接合材而接合於安裝基板之焊墊圖案。
如圖2(b)所示,p側外部端子23a及n側外部端子24a係於與樹脂層25相同之面內隔開而排列形成。p側外部端子23a形成為例如矩形狀,n側外部端子24a形成為與p側外部端子23a之矩形相同大小之矩形中之2個角被切除後的形狀。藉此,可判別外部端子之極性。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設為將矩形之角切除後之形狀。
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側佈線層21與n側佈線層22之間隔廣。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散。藉此,可防止p側外部端子23a與n側外部端子24a之間通過焊料而短路。
相對於此,p側佈線層21與n側佈線層22之間隔可窄至製程上之極限。因此,可擴大p側佈線層21之面積、及p側佈線層21與p側金屬
柱23之接觸面積。藉此,可促進發光層13之散熱。
又,p側佈線層21通過複數之通孔21a而與p側電極16接觸之面積,較n側佈線層22通過通孔22a而與n側電極17接觸之面積廣。藉此,可使發光層13中流動之電流之分佈均一化。
絕緣膜18上擴散之n側佈線層22之面積可較n側電極17之面積廣。而且,設於n側佈線層22之上之n側金屬柱24之面積(n側外部端子24a之面積)可較n側電極17廣。藉此,可確保足夠進行可靠性較高之安裝之n側外部端子24a之面積,且可減小n側電極17之面積。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,從而提高光輸出。
第1半導體層11係經由n側電極17及n側佈線層22而與n側金屬柱24電性連接。第2半導體層12係經由p側電極16及p側佈線層21而與p側金屬柱23電性連接。
p側金屬柱23之厚度(將p側佈線層21與p側外部端子23a連結之方向之厚度)較p側佈線層21之厚度厚。n側金屬柱24之厚度(將n側佈線層22與n側外部端子24a連結之方向之厚度)較n側佈線層22之厚度厚。p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25之各者之厚度較半導體層15厚。
金屬柱23、24之縱橫比(厚度相對於平面大小之比)可為1以上,亦可小於1。即,金屬柱23、24可厚於其平面大小,亦可薄於其平面大小。
包含p側佈線層21、n側佈線層22、p側金屬柱23、n側金屬柱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的發光元件(LED晶片)之厚度厚。
半導體層15如後述般係藉由磊晶成長法而形成於基板上。此基板於形成支持體100後被去除,半導體層15在第1側15a不包含基板。
半導體層15並非由剛直之板狀基板支持,而是由包含金屬柱23、24與樹脂層25之複合體的支持體100支持。
作為p側佈線部41及n側佈線部43之材料可使用例如銅、金、鎳、銀等。該等之中,若使用銅則可提昇良好之熱傳導性、較高之電子遷移耐性及對於絕緣材料之密接性。
樹脂層25對p側金屬柱23及n側金屬柱24進行加強。樹脂層25較理想為使用熱膨脹率與安裝基板相同或相近者。作為此種樹脂層25,可列舉例如主要含有環氧樹脂之樹脂、主要含有聚矽氧樹脂之樹脂、主要含有氟樹脂之樹脂。
又,樹脂層25中之成為基底之樹脂中含有遮光材(光吸收劑、光反射劑、光散射劑等),樹脂層25相對於發光層13之發光光具有遮光性。藉此,可抑制自支持體100之側面及安裝面側之漏光。
因半導體發光裝置之安裝時之熱循環,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墊之焊料等引起的應力會作用於半導體層15。p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25吸收並緩和此應力。尤其,藉由使用較半導體層15柔軟之樹脂層25作為支持體100之一部分,可提高應力緩和效果。
反射膜51係相對於p側佈線部41及n側佈線部43而分隔。因此,安裝時施加於p側金屬柱23及n側金屬柱24之應力並不會傳遞至反射膜51。因此,可抑制反射膜51之剝離。又,可抑制對半導體層15之側面15c側施加之應力。
如後述般,形成半導體層15時所使用之基板係自半導體層15被去除。藉此,半導體發光裝置低背化。又,藉由基板之去除,可於半導體層15之第1側15a形成微小凹凸,從而提高光掠出效率。
例如,對第1側15a進行使用有鹼系溶液之濕式蝕刻而形成微小凹凸。藉此,可減少第1側15a之全反射成分,從而可提高光掠出效率。
去除基板之後,於第1側15a上介隔絕緣膜19而形成螢光體層30。絕緣膜19係作為提高半導體層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32中分散有複數之粒子狀之螢光體31之構造。結合材32可使用例如聚矽氧樹脂。
螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c之周圍之晶片外周部上。因此,螢光體層30之平面大小較半導體層15之平面大小大。於晶片外周部,在密接膜18c上設有螢光體層30。
螢光體層30被限定於與半導體層15之第1側15a、及半導體層15之側面15c相鄰之區域上,並非於半導體層15之第2側、金屬柱23、24之周圍、及支持體100之側面圍繞形成。螢光體層30之側面、與支持體100之側面(樹脂層25之側面)一致。
即,實施形態之半導體發光裝置係晶片尺寸封裝構造之非常小型之半導體發光裝置。因此,例如應用於照明用燈具等時,燈具設計之自由度提高。
又,於不使光向外部掠出之安裝面側並未無端地形成螢光體層30,從而可降低成本。又,即便於第1側15a無基板,亦可經由於第2側擴散之p側佈線層21及n側佈線層22而使發光層13之熱散發至安裝基板側,從而實現小型且散熱性優異。
於一般之覆晶安裝中,於將LED晶片經由凸塊等安裝於安裝基板後,以覆蓋晶片全體之方式形成螢光體層。或者,於凸塊間使樹脂進行底部填充。
相對於此,根據實施形態,於安裝前之狀態下,在p側金屬柱23之周圍及n側金屬柱24之周圍設有與螢光體層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,由於在安裝面側已設有樹脂層25,故而無需安裝後之底部填充。
於第1側15a設有以光掠出效率、色轉換效率、配光特性等優先之設計之層,且於安裝面側以安裝時之應力緩和、及作為代替基板之支持體之特性優先的層。例如,樹脂層25具有於作為基底之樹脂高密度填充有氧化矽粒子等填料之構造,且調整為適於作為支持體之硬度。
自發光層13向第1側15a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側15a有基板,則光不會入射至螢光體層30而是自基板之側面向外部產生漏光。即,自基板之側面有發光層13之光之色彩強之光漏出,成為俯視螢光體層30時,在外緣側可見藍色光之環之現象等色亂或色斑之原因。
相對於此,根據實施形態,由於在第1側15a與螢光體層30之間並無基板,故而可防止因自基板側面有發光層13之光之色彩強之光漏出所致的色亂或色斑。
進而,根據實施形態,半導體層15之側面15c介隔絕緣膜18而設有反射膜51。自發光層13朝向半導體層15之側面15c之光被反射膜51反射,不會向外部漏出。因此,結合第1側15a無基板之特徵,可防止因自半導體發光裝置之側面側之漏光所致的色亂或色斑。
反射膜51、與半導體層15之側面15c之間設置之絕緣膜18防止反射膜51所含之金屬向半導體層15之擴散。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,於反射膜51與螢光體層30之間、及樹脂層25與螢光體層30之間設置之密接膜18c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及密接膜18c為例如氧化矽膜、氮化矽膜等無機絕緣膜。即,半導體層15之第1側15a、第2側、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之側面被無機絕緣膜覆蓋。無機絕緣膜包圍半導體層15,防止金屬或水分等對半導體層15造成影響。
實施形態之半導體發光裝置之上述各要素係如後述般以晶圓狀態形成,並如圖1所示經個片化。例如藉由使用刀片之切割而個片化。圖1所示之半導體發光裝置之側面對應於藉由刀片自晶圓狀態切斷後之切截面。於使用刀片進行切割時,有在磨石等捲入之影響喜愛導致切截面側之螢光體層30剝落之情況。
因此,根據實施形態,對使切截面(元件側面)與半導體層15之側面15c之間之區域即晶片外周部之上之螢光體層30密接於樹脂層25或反射膜51之密接膜18c的表面進行粗糙面化。藉此,螢光體層30相對於樹脂層25或反射膜51之密接性提高,可防止切割時之螢光體層30之剝離。
密接膜18c之膜厚為例如600~900nm。於此密接膜18c中,在與螢光體層30相接之側之表面形成有例如數nm至數十nm之凹凸。即,於密接膜18c之表面形成高度為數nm至數十nm之複數之凸部、及深度為數nm至數十nm之複數之凹部。
圖2(c)係實施形態之半導體發光裝置中去除螢光體層30及絕緣膜19後之第1側15a之模式俯視圖。
半導體層15之第1側15a之平面形狀形成為例如四邊形。以包圍此第1側15a之四邊形之方式在晶片外周部形成密接膜18c。或者、半導體層15之第1側15a之平面形狀並不限於四邊形,亦可為多邊形。無論第1側15a之形狀為何種形狀,密接膜18c均係沿半導體層15之外周而設。於圖2(c)所示之例中,密接膜18c係對應於第1側15a之四邊形狀之平面形狀之4邊而設,且具有沿4邊之各邊之4個直線狀區域18d。
於4個直線狀區域18d之各者形成有粗糙面。進而,遍及4個直線
狀區域18d之全體而形成有粗糙面。即,密接膜18c中之與螢光體層30相接之側之面之整個區域經粗糙面化。
因此,密接膜18c中之與螢光體層30相接之側之面並無未經粗糙面化之區域(密接性較粗糙面化區域低之區域),從而可防止因應力集中於此區域所致的螢光體層30之剝離。
又,密接膜18c覆蓋反射膜51之螢光體層30側之端部,作為金屬膜之反射膜51並不與螢光體層30相接。作為無機膜之密接膜18c與螢光體層30之密接性高於金屬膜與螢光體層30之密接性。
為利用密接膜18c確實地覆蓋反射膜51之端部,於圖2(c)中4邊中之1邊之密接膜18c之寬度(1個直線狀區域18d之寬度)W1、W2較理想為5μm以上。
又,對應於第1側15a之四邊形狀之平面形狀之4邊中之對向之2邊而設的一對直線狀區域18d之寬度之合計值(W1+W2)為10μm以上。而且,根據實施形態,5μm以上之寬度W1之區域、同樣為5μm以上之寬度W2之區域、及10μm以上之寬度(W1+W2)之區域經粗糙面化。此係足夠提高與螢光體層30之密接性之寬度。
其次,參照圖3(a)~圖9(b),對半導體發光裝置之製造方法進行說明。
如圖3(a)所示,例如藉由MOCVD(metal organic chemical vapor deposition,金屬有機氣相沈積)法,於基板10之主面側依序磊晶成長第1半導體層11、發光層13及第2半導體層12。
半導體層15中,基板10側為第1側15a,基板10之相反側為第2側15b。
基板10為例如矽基板。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例如包含設於基板10之主面側之緩衝層、及設於
緩衝層上之n型GaN層。第2半導體層12例如包含設於發光層13之上之p型AlGaN層、及設於該p型AlGaN層之上的p型GaN層。發光層13具有例如MQW(Multiple Quantum well,多層量子井)構造。
圖3(b)表示選擇性去除第2半導體層12及發光層13之狀態。例如,藉由RIE(Reactive Ion Etching,反應性離子蝕刻)法,選擇性蝕刻第2半導體層12及發光層13,使第1半導體層11露出。
其次,如圖4(a)所示,選擇性去除第1半導體層11,形成槽90。於基板10之主面側,半導體層15藉由槽90而被分隔成複數個。槽90在晶圓狀之基板10側係以例如格子狀圖案形成。
槽90貫通半導體層15並到達基板10。於該蝕刻時,亦略微蝕刻基板10之主面,使得槽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,亦可於形成p側電極16及n側電極17之後形成槽90。
其次,如圖4(b)所示,於第2半導體層12之表面形成p側電極16。又,於選擇性去除第2半導體層12及發光層13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5(a)所示,以覆蓋設於基板10之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側、p側電極16及n側電極17。又,絕緣膜18覆蓋於與半導體層15之第1側15a連續之側面15c。進而,絕緣膜18亦形成於槽90之底面之基板10之表面。形成有該槽90之底面之基板10表面之絕緣膜18的一部分成為上述密接膜18c。
絕緣膜18為例如藉由CVD(Chemical Vapor Deposition化學氣相沈
積)法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掩膜之濕式蝕刻,而如圖5(b)所示般形成有第1開口18a及第2開口18b。第1開口18a到達p側電極16,第2開口18b到達n側電極17之接觸部17c。
其次,如圖5(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),形成金屬膜60。如圖6(a)所示,金屬膜60包含鋁膜61、鈦膜62、及銅膜63。金屬膜60係藉由例如濺鍍法而形成。
其次,於金屬膜60上選擇性形成圖6(b)所示之抗蝕劑掩膜91之後,藉由使用金屬膜60之銅膜63作為籽晶層之電解銅鍍敷法,形成p側佈線層21、n側佈線層22及金屬膜51。
p側佈線層21亦形成於第1開口18a內,且與p側電極16電性連接。n側佈線層22亦形成於第2開口18b內,且與n側電極17之接觸部17c電性連接。
其次,使用例如溶劑或氧電漿將抗蝕劑掩膜91去除後,選擇性形成圖7(a)所示之抗蝕劑掩膜92。或者,亦可不去除抗蝕劑掩膜91而形成抗蝕劑掩膜92。
形成抗蝕劑掩膜92後,藉由使用p側佈線層21及n側佈線層22作為籽晶層之電解銅鍍敷法,形成p側金屬柱23及n側金屬柱24。
p側金屬柱23係形成於p側佈線層21上。p側佈線層21與p側金屬柱23係藉由相同之銅材料而一體化。n側金屬柱24係形成於n側佈線層22上。n側佈線層22與n側金屬柱24係藉由相同之銅材料而一體化。
藉由例如溶劑或氧電漿而去除抗蝕劑掩膜92。於該時點,p側佈線層21與n側佈線層22經由金屬膜60而相連。又,p側佈線層21與反射膜51亦經由金屬膜60而相連,且n側佈線層22與反射膜51亦經由金屬膜60而相連。
因此,可藉由蝕刻而去除p側佈線層21與n側佈線層22之間之金屬膜60、p側佈線層21與反射膜51之間之金屬膜60、及n側佈線層22與反射膜51之間之金屬膜60。
藉此,可斷開經由金屬膜60之p側佈線層21與n側佈線層22之電性連接、p側佈線層21與反射膜51之電性連接、及n側佈線層22與反射膜51之電性連接(圖7(b))。
其次,於圖7(b)所示之構造體之上形成圖8(a)所示之樹脂層25。樹脂層25覆蓋p側佈線部41及n側佈線部43。又,樹脂層25覆蓋反射膜51。
樹脂層25係與p側佈線部41及n側佈線部43一併構成支持體100。於此支持體100支持有半導體層15之狀態下,去除基板10。
例如,藉由乾式蝕刻而去除作為矽基板之基板10。或者,亦可藉由濕式蝕刻去除矽基板10。或者,於基板10為藍寶石基板之情形時,可藉由雷射剝離法而去除。
於基板10上磊晶成長之半導體層15有包含較大之內部應力之情形。又,p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25係與例如GaN系材料之半導體層15相比更柔軟之材料。因此,即便於磊晶成長時之內部應力在基板10剝離時一次性釋放,p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25亦能吸收此應力。因此,可避免去除基板10之過程中之半導體層15之破損。
基板10藉由例如RIE(Reactive Ion Etching)法而去除。此時,去除基板10後亦繼續進行RIE,使因去除基板10而露出之密接膜18c之表面如圖8(b)所示般經粗糙面化。
又,藉由基板10之去除,半導體層15之第1側15a亦露出。露出之第1側15a形成有微小凹凸。例如,藉由KOH(氫氧化鉀)水溶液或TMAH(氫氧化四甲基銨)等對第1側15a進行濕式蝕刻。於該蝕刻中,
會產生依存於結晶面方位之蝕刻速度之差異。因此,可於第1側15a形成凹凸。藉由於第1側15a形成微小凹凸,可提高發光層13之放射光之掠出效率。
如圖9(a)所示,於第1側15a介隔絕緣膜19而形成有螢光體層30。螢光體層30係藉由例如印刷、灌注、塑模、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,亦可使經由結合材使螢光體燒結之燒結螢光體介隔絕緣膜19而接著於螢光體層30。
又,螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c之周圍之區域之上。於半導體層15之側面15c之周圍之區域亦設有樹脂層25。於該樹脂層25之上經由密接膜18c而形成有螢光體層30。由於密接膜18c之表面經粗糙面化,故而可提高與螢光體層30之密接力。
於形成螢光體層30之後,對樹脂層25之表面(圖9(a)中之下表面)進行研削,如圖9(b)所示,p側金屬柱23及n側金屬柱24自樹脂層25露出。p側金屬柱23之露出面成為p側外部端子23a,n側金屬柱24之露出面成為n側外部端子24a。
其次,於形成有將複數之半導體層15分隔之上述槽90的區域,切斷圖9(b)所示之構造體。即,切斷螢光體層30、密接膜18c、及樹脂層25。半導體層15並不存在於切割區域,故而不會受到切割所致之損壞。
個片化前之上述各步驟係於包含多個半導體層15之晶圓狀態下進行。晶圓係作為包含至少1個半導體層15之半導體發光裝置而個片化。再者,半導體發光裝置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。
個片化前之上述各步驟係於晶圓狀態下統括地進行,故而無需對經個片化之各元件逐個進行佈線層之形成、柱之形成、樹脂層封
裝、及螢光體層之形成,可大幅降低成本。
由於在晶圓狀態下,形成支持體100及螢光體層30後,將其等切斷,故而螢光體層30之側面、與支持體100之側面(樹脂層25之側面)一致,該等側面形成經個片化之半導體發光裝置之側面。因此,亦結合無基板10,可提供晶片尺寸封裝構造之小型之半導體發光裝置。
於上述實施形態中,作為設於半導體層15之第1側15a之光學層,並不限於螢光體層,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之粒子狀之散射材(例如鈦化合物)、及使複數之散射材一體化而使發光層13之放射光透過的結合材(例如樹脂層)。
雖對本發明之若干實施形態進行了說明,但該等實施形態係作為例子而提示者,並不意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他各種形態實施,於不脫離發明主旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變化包含於發明之範圍及主旨,且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
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側
15c‧‧‧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
18c‧‧‧密接膜
19‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側佈線層
21a‧‧‧通孔
22‧‧‧n側佈線層
22a‧‧‧通孔
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‧‧‧螢光體
32‧‧‧結合材
41‧‧‧p側佈線部
43‧‧‧n側佈線部
51‧‧‧反射膜
100‧‧‧支持體
Claims (14)
- 一種半導體發光裝置,其包含:半導體層,其具有第1側、與上述第1側為相反側之第2側、及側面,且包含發光層;第1電極,其設於上述第2側;第2電極,其設於上述第2側;第1絕緣膜,其設於上述第2側;第1佈線部,其設於上述第1絕緣膜上,且與上述第1電極連接;第2佈線部,其設於上述第1絕緣膜上,且與上述第2電極連接;第2絕緣膜,其設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間、及上述側面;光學層,其設於上述第1側、及於上述側面設置之上述第2絕緣膜上,且相對於上述發光層之放射光具有透過性;及膜,其設置在設於上述側面之上述第2絕緣膜與上述光學層之間,且於與上述光學層相接之側具有粗糙面。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述半導體層之上述第1側之平面形狀形成為四邊形,且上述膜係對應於上述四邊形之4邊而設。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述膜係沿上述半導體層之外周而設。
- 如請求項2之半導體發光裝置,其中對應於上述4邊中之對向之2邊而設的上述膜之寬度之合計值為10μm以上。
- 如請求項2之半導體發光裝置,其中上述4邊中之1邊之上述膜之寬度為5μm以上。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述第1佈線部包含設於上述第1絕緣膜上之第1佈線層、及設於上述第1佈線層上且較上述第1佈線層厚之第1金屬柱;且上述第2佈線部包含設於上述第1絕緣膜上之第2佈線層、及設於上述第2佈線層上且較上述第2佈線層厚之第2金屬柱。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述光學層係螢光體層,且包含:複數之螢光體,其等藉由上述發光層之放射光而被激發,放射波長與上述發光層之放射光不同之光;及結合材,其將上述複數之螢光體一體化,使上述發光層之放射光及上述螢光體之放射光透過。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述第1絕緣膜亦設於上述半導體層中之與上述第1側連續之側面。
- 如請求項8之半導體發光裝置,其中上述膜係利用與上述第1絕緣膜相同之材料一體設置。
- 如請求項8之半導體發光裝置,其中於上述半導體層之上述側面進而具備介隔上述第1絕緣膜而設之反射膜。
- 如請求項10之半導體發光裝置,其中上述膜覆蓋上述反射膜之上述光學層側之端部。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述第1絕緣膜及上述膜為無機膜,且上述第2絕緣膜為樹脂。
- 如請求項1之半導體發光裝置,其中上述膜為氧化矽膜。
- 如請求項1、3、6至13中任一項之半導體發光裝置,其中上述半導體層之上述第1側之平面形狀形成為多邊形,且上述膜係對應於上述多邊形之各邊而設。
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