JP2013140942A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より高輝度な半導体発光装置を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、半導体発光装置は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、第２の主面上に設けられ、発光層を有する領域に形成されているｐ側電極と、第２の主面上に設けられ、ｐ側の電極に囲まれているｎ側電極と、半導体層の側面上と、ｐ側電極とｎ側電極を囲み半導体層の第２の主面上に設けられている絶縁層と、ｐ側電極上に電気的に接続するように設けられているｐ側金属ピラーと、ｎ側電極上に電気的に接続するように設けられているｎ側金属ピラーと、ｐ側金属ピラーとｎ側金属ピラーの端部を囲み、半導体層の側面と、第２主面と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、絶縁層と、ｐ側金属ピラーと、ｎ側金属ピラーとを覆うように設けられている樹脂層とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。

発光層を含む半導体層における一方の主面側にｐ側電極とｎ側電極が形成された構造が知られている。この構造では、電極が発光面からの光の取り出しを妨げないため、電極の形状やレイアウトの自由度が高い。電極の形状やレイアウトは、電気特性や発光効率に影響するため、適切なデザインが求められる。

特開２０００−２４４０１２号公報

そこで本発明では、より高輝度な半導体発光装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、実施形態の半導体発光装置は、実施形態によれば、半導体発光装置は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、第２の主面上に設けられ、発光層を有する領域に形成されているｐ側電極と、第２の主面上に設けられ、ｐ側の電極に囲まれているｎ側電極と、半導体層の側面上と、ｐ側電極とｎ側電極を囲み半導体層の第２の主面上に設けられている絶縁層と、ｐ側電極上に電気的に接続するように設けられているｐ側金属ピラーと、ｎ側電極上に電気的に接続するように設けられているｎ側金属ピラーと、ｐ側金属ピラーとｎ側金属ピラーの端部を囲み、半導体層の側面と、第２主面と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、絶縁層と、ｐ側金属ピラーと、ｎ側金属ピラーとを覆うように設けられている樹脂層とを備えたことを特徴としている。

第１の実施形態に係る半導体発光装置の模式断面面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトを示す模式平面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトの他の具体例を示す模式平面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトのさらに他の具体例を示す模式平面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトのさらに他の具体例を示す模式平面図。 第１の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトのさらに他の具体例を示す模式平面図。 第１の実施形態に係る電流密度と光出力の関係を示すグラフ。 第１の実施形態に係る電流密度と光出力の関係を示すグラフ。 第２の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトを示す模式平面図。 第３の実施形態に係る半導体発光装置において第２の主面側に設けられる要素の形状及びレイアウトを示す模式平面図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。また、工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。

（第１の実施例）
図１は、実施形態に係る半導体発光装置１００の模式断面図である。図２（ａ）は、実施形態に係る半導体発光装置１００におけるｐ側電極（第１の電極）１６とｎ側電極（第２の電極）１７の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。図２（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光装置１００におけるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４の形状及びレイアウトを例示する模式平面図である。

本実施形態に係る半導体発光装置１００は、半導体層１５を有する。半導体層１５は、第１の主面１５ａと、その反対側に形成された第２の主面１５ｂを有する。第２の主面１５ｂ側に電極、配線層、金属ピラー及び樹脂層が設けられている。光は、主として第１の主面１５ａから取り出される。

半導体層１５は、第１の半導体層１１、発光層（活性層）１２、そして第２の半導体層１３を有する。第１の半導体層１１は、ｎ型のＧａＮ層であり、電流の横方向経路として機能する。但し、第１の半導体層１１の導電型はｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。発光層１２は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３に挟まれるように設けられている。第２の半導体層１３は、ｐ型のＧａＮ層である。但し、第１の半導体層１１の導電型はｐ型に限らず、ｎ型であってもよい。

半導体層１５の第２の主面１５ｂ側は凹凸形状に加工されている。第１の主面１５ａに対して反対側に突出した凸領域は発光層１２を含む領域である。凸領域に囲まれ、凸領域に対して第１の主面１５ａ側に窪んだ凹領域は、発光層１２及び第２の半導体層１３を含まず非発光領域である。

ｐ側電極１６は、凸領域に設けられている第２の半導体層１３上に、第１の電極として設けられている。すなわち、ｐ側電極１６は、発光層１２を有する発光領域上に設けられている。ｎ側電極１７は、凹領域の第１の半導体層１１上に、第２の電極として設けられている。

ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、第２の主面のほとんどを占めるように設けられている。そして、ｐ側電極１６の面積の方がｎ側電極１７の面積よりも広くなるように設けられている。望ましくは、ｎ側電極１７の面積は、ｐ側電極１６の面積の２５％以下となるように形成されるとよい。このように形成することにより、ｐ側電極１６が設けられた発光領域の方が、ｎ側電極１７が設けられた非発光領域よりも面積が大きくすることが可能となり、輝度を向上できる。

また、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）を用いているがこれに限られることはなく、導電性を有する金属であればどのような材質でもよい。発光層１２が発する光は、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７にも入射するため、反射率の高い材質を用いる方が望ましい。これにより、第１の主面１５ａからの光の取り出し効率を向上させて、輝度を向上させることができる。

ｎ側電極１７は、図２（ａ）に示すように、ｐ側電極１６に囲まれ、第１の部分（パッド部）１７ａ及び第２の部分（枝部）１７ｂを有する。

第１の部分１７ａは、図１のｎ側配線層２２が形成されている第２の開口１８ｂと接続している領域である。本実施形態では、第１の部分１７ａの形状としては四角形となるように設けているが、これに限られることはなく、どのような形状であってもよい。

第２の部分１７ｂ、は第１の部分１７ａと連続して形成されている領域である。本実施形態では、長方形となるように設けられており、ｐ側電極レイアウトが長方形状の半導体発光装置１００の長手方向に沿って長方形の長辺が配置されるように設けられている。なお、本実施形態では長方形状の半導体発光装置１００であるが、正方形状の半導体発光装置であった場合は、辺方向に沿って長方形の長辺が配置されるように設けられればよい。

また、第２の部分１７ｂの短手方向の長さ（第２の部分１７ｂの幅）Ｅ１の平均（Ｅａｖｅ）は、第２の部分１７ｂの面積をＳ、第１の部分１７ａと接続している辺から、第１の部分１７ａと対向する側の端部までの長さをＥ２、第１の部分１７ａの一辺の長さ（曲面を有する形状である場合は直径）をＰとした際に、次式（１）を満たすように形成されている。

Ｅａｖｅ＝Ｓ／Ｅ２≧０．３Ｐ ・・・（１）
そして、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１の最大の長さ（Ｅｍａｘ）は、次式（２）が成立するように形成されている。

Ｅｍａｘ≧０．６Ｐ ・・・（２）
この様に、第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の平均の長さＥａｖｅが、第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の３０％以上となるように形成されることで、第１の部分１７ａの周辺の電流密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させることが可能となり、発熱を低減させることが可能となる。その結果、より多くの電流を流すことが可能となるため、より高輝度に発光させることができる。

更に、第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の最大の長さＥｍａｘが、第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の６０％以上となるように形成されることで、より第１の部分１７ａの周辺の密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させることが可能となり、発熱を低減させることが可能となる。その結果、より多くの電流を流すことが可能となるため、より高輝度に発光させることができる。

図１１では、第２の部分１７ｂの短手方向の平均の長さＥａｖｅが第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の２０％となる場合と、３０％となる場合、そして４０％となる場合に分け、電流密度と光出力の関係をシミュレーションして得られた結果を示している。

第２の部分１７ｂの短手方向の平均の長さＥａｖｅが第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の２０％である場合、３０％及び４０％の場合と比べて光出力の数値が低いことが分かる。また、電流密度が高くなると光出力差は大きくなり、２０％の場合、３０％の場合と４０％の場合と比較すると光出力差に大きな差が出てくることが分かる。

これは、３０％以上となるように設けることにより、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａの周辺の電流密度分布が高くなることを抑制する効果が得られていると分かる。そして、電流密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させ、発熱を低減出来ているといえる。その結果、投入電流を増加させる事が可能となり、高い光出力を得られたことが分かる。すなわち、３０％以上となるように設けることにより、より高輝度に発光させることが出来ると分かる。

また、図１２では、第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の最大の長さＥｍａｘが、第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の４０％、６０％、８０％、１００％となる場合に分け、電流密度と光出力の関係をシミュレーションして得られた結果を示している。

第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の最大の長さＥｍａｘが第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の４０％となる場合、６０％、８０％、１００％の場合に比べて光出力が低くなることが分かる。また、電流密度が高くなると、４０％となる場合と６０％、８０％、１００％の場合で得られる光出力の差が大きくなることが分かる。

６０％の場合、８０％の場合、１００％の場合では、それぞれの差がそれ程大きくならないことから、６０％以上となるように設けることにより、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａの周辺の電流密度分布が高くなることを抑制する効果が得られているといえる。また、電流密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させ、発熱を低減出来ていると分かる。すなわち、より多くの電流を投入する事が可能となり、高い光出力を得られ、より高輝度に発光させることが出来ると分かる。

ｎ側電極１７とｐ側電極１６との間には、絶縁層１４が設けられている。ｐ側電極１６が設けられた発光領域と、ｎ側電極１７が設けられた非発光領域との間には段差が形成され、その段差を絶縁層１４が被覆している。

絶縁層１４は、半導体層１５の側面上及びｐ側電極１６及びｎ側電極１７を囲んで第２の主面上を覆っている。絶縁層１４は、例えばシリコン酸化物から形成されているが、これに限られることはなく、絶縁性を有する材料であればよい。

第１の樹脂層１８は、絶縁層１４、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７の一部を覆うように設けられている。また、第１の樹脂層１８にはｐ側電極１６とｐ側配線層２１とを電気的に接続させるために、第１の開口１８ａが形成されている。本実施形態では、第１の開口１８ａは複数設けられているが、少なくとも一つ形成されていればよい。ただし、発光層１２を含む発光領域上に設けられたｐ側電極１６は、発光層１２を含まない非発光領域上に設けられたｎ側電極１７に比べて発熱量が多い。そのため、本実施形態では、第１の開口１８ａを複数形成し、ｐ側電極１６からｐ側配線層２１への放熱経路を確保している。したがって、放熱性を高めて、信頼性及び寿命を向上させることができる。

第１の樹脂層１８には、ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とを接続する第２の開口１８ｂも形成されている。本実施形態では、１つ形成されているが、複数形成させてもよい。ｎ側電極１７は、ｐ側電極１６に比べて発熱量が少ないので、一つ形成されていてもよい。

したがって、第１の開口１８ａを介してｐ側電極１６とｐ側配線層２１とが接続する面積は、第２の開口１８ｂを介してｎ側電極１７とｎ側配線層２２とが接続する面積よりも大きくなるように設けるとよい。

また、ｐ側電極１６が設けられた発光領域は、ｎ側電極１７が設けられた部分よりも配線層側に突出している。したがって、ｐ側電極１６とｐ側配線層２１とが向き合う間隔は、ｎ側電極１７とｎ側配線層２２とが向き合う間隔よりも小さい。すなわち、第１の樹脂層１８の表面１８ｃからｐ側電極１６に達する第１の開口１８ａの深さは、第１の樹脂層１８の表面１８ｃからｎ側電極１７に達する第２の開口１８ｂの深さよりも浅い。このため、第１の開口１８ａを介したｐ側の放熱経路の方が、第２の開口１８ｂを介したｎ側の放熱経路よりも短く、放熱効率が高い。

第１の樹脂層１８の材質としては、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。なお、絶縁性を有する材料であればどの様な材質でもよく、シリコン酸化物を用いてもよい。

第１の配線層としてのｐ側配線層２１と、第２の配線層としてのｎ側配線層２２は、第１の樹脂層１８上、すなわち半導体層１５が設けられている側に対して反対側の面１８ｃ上に設けられている。

ｐ側配線層２１は、ｐ側電極１６に達して第１の樹脂層１８に形成された第１の開口１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と電気的に接続されている。そして、ｎ側配線層２２は、ｎ側電極１７に達して第１の樹脂層１８に形成された第２の開口１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と電気的に接続されている。

ｐ側配線層２１上には、第１の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｎ側配線層２２上には、第２の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー２４が設けられている。すなわち、第１の半導体層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続された状態となっている。そして、第２の半導体層１３は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続された状態となっている。

ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの端部には、必要に応じて、防錆などを目的とした表面処理膜（例えば、Ｎｉ、Ａｕなどの無電解メッキ膜、プリコートされたはんだ等）が形成されてもよい。また、例えば、はんだ、あるいは他の金属材料からなるボールもしくはバンプ形状の外部端子を介して、実装基板もしくは配線板に形成された配線に接合することも可能である。これにより、半導体発光装置に電力を供給できる。

ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの厚み（ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２上からｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の端部までの厚み）は、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１４、１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚み（ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４と接するｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の面から半導体層１５の第１の主面までの厚み）よりも厚くなるように設けられている。

このような厚みとすることより、半導体層１５が薄くても、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４、および第２の樹脂層２５を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。また、実装基板に実装した際、外部端子を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２４とｐ側金属ピラー２３が吸収することで緩和することができる。

なお、本実施形態では、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの厚みが、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１４、１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚みよりも厚くなるように設けられているが、これに限られることはなく、薄くなるように設けられていてもよい。

ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とが接触する面積は、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とが接触する面積より大きくなるように設けられている。これにより、より広い発光層１２によって高い光出力を保ちつつ、半導体層１５における発光層１２を含まない部分の狭い面積に設けられたｎ側電極１７から、ｎ側配線層２２を介して、より広い引き出し電極を形成できる。その結果、半導体発光装置１００を実装する際に容易に実装することができ、また半導体層１５から発熱する熱を効率よく放熱することが可能となる。

ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積は、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より大きくなるように設けられているが、これに限られることはなく、ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積が、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より小さくなるように形成されてもよい。

ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。

第２の樹脂層２５は、第１の樹脂層１８上に設けられ、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４の端部を囲むように設けられている。そして、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２を覆うように設けている。すなわち、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの端部（図１において上面）は、第２の樹脂層２５から露出している。

第２の樹脂層２５は、低コストで厚く形成でき、且つｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の補強に適した樹脂を用いるのが望ましい。例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。なお、第２の樹脂層２５は、第１の樹脂層１８と、同じ材料であってもよい。

蛍光体層２８は、半導体層１５の第１の主面１５ａ上に設けられている。蛍光体層２８は、発光層１２からの光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層１２からの光と蛍光体層２８における波長変換光との混合光が放出可能となる。例えば発光層１２を窒化物系とすると、その発光層１２からの青色光と、例えば黄色蛍光体層２８における波長変換光である黄色光との混合色として白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層２８は、複数種の蛍光体（例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。

蛍光体層２８としては、以下に例示する赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層を用いることができる。

赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ １−ｘ，Ｒｘ） ａ１ＡｌＳｉ ｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。

組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。

黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕを含有することができる。

緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２ ：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。

サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ １−ｘ，Ｒｘ） ａ２ＡｌＳｉ ｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。

組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。

青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを含有することができる。

発光層１２から発光された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の主面１５ａおよび蛍光体層２８を進んで、外部に放出される。

光の放出面である第１の主面１５ａには電極が設けられていないため、電極によって光の放出が妨げられず、高輝度が得られる。ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、第１の主面１５ａの反対側の第２の主面に設けられている。ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、光の放出面に設けられていないため、形状やレイアウトの自由度が高い。

以上、本実施形態では、発光効率を高め、より高輝度が得られる電極デザインにしている。すなわち、図２（ａ）に示すように、ｎ側電極１７における第１の部分１７ａ及び第２の部分１７ｂがｐ側電極１６に囲まれるように形成されている。そして、第２の部分１７ｂは、ｐ側電極１６の長手方向（半導体発光装置１００の長手方向）に沿って形成され、第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の平均の長さＥａｖｅが、第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の３０％以上となるように形成されることで、第１の部分１７ａの周辺の電流密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させることが可能となる。このようなレイアウトにすることで、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａの周辺の電流密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させることが可能となる。この結果、発光層１２の面方向における電流密度が低減して、高効率な半導体発光装置を実現できる。

更に、第２の部分１７ｂは、第２の部分１７ｂの短手方向の最大の長さＥｍａｘが、第１の部分１７ａの一辺の長さ又は直径の６０％以上となるように形成されることで、より第１の部分１７ａの周辺の密度分布を第２の部分１７ｂへと拡散させることが可能となり、発熱を低減させることが可能となる。

次に、図３（ａ）〜図６（ｋ）を参照して、実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成し、その上に発光層１２を含む第２の半導体層１３を形成する。これら半導体層１５が例えば窒化物系半導体の場合、半導体層１５は例えばサファイア基板やシリコン基板上に結晶成長させることができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、半導体層１５を貫通して基板１０に達する分離溝９を形成する。分離溝９は、ウェーハ状態の基板１０上で例えば格子状に形成され、半導体層１５を複数に分離する。

また、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、発光層１２を含む第２の半導体層１３の一部を除去して、第１の半導体層１１の一部を露出させる。これにより、半導体層１５の第２の主面１５ｂ側に、基板１０から見て相対的に上段に位置する発光領域と、発光領域よりも基板１０側の下段に位置する非発光領域が形成される。発光領域は発光層１２を含み、非発光領域は発光層１２を含まない。

次に、図３（ｃ）に示すように、基板１０の主面、半導体層１５の側面および第２の主面１５ｂは、絶縁層１４で覆われる。そして、絶縁層１４を選択的に除去して、発光領域の表面（第２の半導体層１３の表面）にｐ側電極１６を、非発光領域の表面（第１の半導体層１１の表面）にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６とｎ側電極１７はどちらを先に形成してもよく、あるいはｐ側電極１６とｎ側電極１７とを同じ材料で同時に形成してもよい。

次に、を図４（ｄ）に示すように、基板１０上の露出している部分すべて第１の樹脂層１８で覆う。第１の樹脂層１８は、分離溝９内に充填される。

図４（ｅ）に示すように、例えばウェットエッチングにより第１の樹脂層１８をパターニングし、第１の樹脂層１８に選択的に第１の開口１８ａと第２の開口１８ｂを形成する。第１の開口１８ａは複数形成され、ｐ側電極１６に達する。第２の開口１８ｂは、ｎ側電極１７に達する。第１の樹脂層１８の表面１８ｃからの深さは、第１の開口１８ａよりも第２の開口１８ｂの方が深い。

そして、第１の樹脂層１８の表面１８ｃ、第１の開口１８ａおよび第２の開口１８ｂの内面に、連続したシードメタル１９（図４（ｅ）において破線で示す）を形成する。さらに、シードメタル１９上に図示しないレジストを選択的に形成する。

次に、図４（ｆ）に示すように、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。これにより、第１の樹脂層１８の表面１８ｃ上に、選択的にｐ側配線層２１とｎ側配線層２２が形成される。ｐ側配線層２１は、第１の開口１８ａ内にも形成され、ｐ側電極１６と接続される。ｎ側配線層２２は、第２の開口１８ｂ内にも形成され、ｎ側電極１７と接続される。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２はメッキ法により同時に形成される。材質としては銅材料からなる。あるいは、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とは、同時に形成することに限らず、どちらかを先に形成してもよい。

ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、第１の樹脂層１８の表面１８ｃ上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、第１の樹脂層１８の表面１８ｃ上にパッド状に形成される。

次に、図５（ｇ）に示すように、金属ピラー形成用の別のレジスト（図示せず）を第１の樹脂層１８上に選択的に形成し、前述したシードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行うことにより、ｐ側配線層２１上にｐ側金属ピラー２３が形成され、ｎ側配線層２２上にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成され、例えば銅材料からなる。あるいは、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４とは、同時に形成することに限らず、どちらかを先に形成してもよい。

次に、図５（ｈ）に示すように、このメッキの後、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４をマスクにして、第１の樹脂層１８の表面１８ｃ上に露出しているシードメタル１９をウェットエッチングする。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。

そして、第１の樹脂層１８上に第２の樹脂層２５を形成する。第２の樹脂層２５は、ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４を覆う。第２の樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面との間、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間に充填される。

その後、第２の樹脂層２５を研削し、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４におけるそれぞれの上面（第１の樹脂層１８に対して反対側の面）を、第２の樹脂層２５から露出させる。なお、以下に説明する蛍光体層２８を形成した後に、第２の樹脂層２５を研削して、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの上面を露出させるようにしてもよい。

次に、図６（ｉ）に示すように、基板１０を除去する。基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法やエッチングにより除去される。具体的には、透光性を有する基板１０を用いた場合、基板１０の裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光を照射する。レーザ光が基板１０と第１の半導体層１１との界面に到達すると、その界面付近の第１の半導体層１１はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。第１の半導体層１１が金属窒化物（例えばＧａＮ）の場合、ガリウム（Ｇａ）と窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板１０と第１の半導体層１１との間に微小な隙間が形成され、基板１０と第１の半導体層１１とが分離する。

レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板１０を除去する。第１の主面１５ａ上から基板１０が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。

基板１０を除去した後、第１の主面１５ａを洗浄し、また、必要に応じて第１の主面１５ａを粗面化して、光取り出し効率の向上を図る。

次に、図６（ｊ）に示すように、半導体層１５の第１の主面１５ａ上に蛍光体層２８を形成する。例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂（発光層１２及び蛍光体粒子の発光光に対して透明）をスピンコート法で塗布した後、熱硬化させることで、蛍光体層２８が形成される。

次に、図６（ｋ）に示すように、分離溝９の位置でダイシングブレードＤによりダイシングし、個片化する。分離溝９には、半導体層１５は存在せず、第１の樹脂層１８として樹脂を用いて埋め込んでおけば、容易にダイシングでき生産性を向上できる。さらに、ダイシング時に半導体層１５が受けるダメージを回避することができる。また、個片化後に、半導体層１５の側面が第１の樹脂層１８で覆われて保護された構造が得られる。

個片化された半導体発光装置は、一つの半導体層（チップ）１５を含むシングルチップ構造であってもよいし、あるいは、複数の半導体層（チップ）１５を含むマルチチップ構造であってもよい。

ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々の半導体発光装置ごとに、電極の再配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに電極の再配線及びパッケージングが済んでいる。また、ウェーハレベルで検査することが可能となる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。

チップの平面形状は、矩形状に限らず、正方形状であってもよい。また、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、円柱状に限らず、角柱状、断面が長円の柱状などであってもよい。

図７（ａ）〜図９（ｋ）、図１０（ａ），（ｂ）は、ｐ側電極１６とｎ側電極１７のレイアウトの他の具体例を示す。なお、ｎ側電極１７は少なくとも（１）式を満たすように形成されている。

図７（ａ）では、ｎ側電極１７の第２の部分１７ｂが、ｐ側電極１６の長手方向と同じ方向となるように形成されている。また、第２の部分１７ｂは、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａ側から第１の部分１７ａの対向側の端部に向かって、第２の部分１７ｂの短辺方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成されている。

図７（ｂ）では、ｎ側電極１７の第２の部分１７ｂが、ｐ側電極１６の長手方向に沿って形成されている。また、第１の部分１７ａと第１の部分１７ａの対向側の端部の間に段Ｄ１が形成されており、第１の部分１７ａから段Ｄ１に向かって第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成されている。そして、段Ｄ１から第１の部分１７ａの対向側の端部は、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が略均一となるように設けられている。

図７（ｃ）では、図７（ｂ）に加えて段Ｄ２が形成されている。すなわち、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａから段Ｄ１に向かって第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成されている。そして、角Ｋ１まで略一定の幅となるように形成されており、角Ｋ１から段Ｄ２に向かって再び第２の部分１７ｂの短辺方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成され、段Ｄ２から第１の部分１７ａの対向側の端部は、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が略均一となるように設けられている。

図７（ｄ）では、ｎ側電極１７の第２の部分１７ｂは、第１の部分１７ａ側から第１の部分１７ａの対向側の端部に向かって、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成されている。また、狭くなる際に、第２の部分１７ｂの長辺方向に対してｐ側電極１６が弧を描いて凸形状となるように形成されている。すなわち、第２の部分１７ｂも弧を描いて狭くなるように形成されている。

図８（ｅ）では、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａから第１の部分１７ａの対向側の端部の間に、第２の部分１７ｂの短手方向に対してｐ側電極１６が凸形状となるように形成されている。すなわち、第１の部分１７ａから角Ｋ１まで第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が略一定の幅となるように形成されており、角Ｋ１から角Ｋ２は、第２の部分１７ｂの短辺方向の長さＥ１が暫時広くなるように形成されている。そして、角Ｋ２から段Ｄ１に向かって、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が暫時狭くなるように形成されている。また、段Ｄ１から第１の部分１７ａの対向側の端部の間は、第２の部分１７ｂの短手方向の長さＥ１が一定の幅となるように形成されている。

図８（ｆ）では、図２（ａ）のｎ側電極１７の第１の部分１７ａの形状（四角形状）が曲面を有する形状（円形状）に形成されたものである。また、図８（ｇ）〜図９（ｋ）では、図７（ａ）〜図８（ｅ）の第１の部分１７ａの形状（四角形状）が曲線を有する形状（円形状）に形成されたものである。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ｎ側電極１７の第１の部分１７ａと接続する第２の部分１７ｂが複数形成されていてもよい。図１０（ａ）は、第２の部分１７ｂが十字形状となるように設けられており、図１０（ｂ）は第２の部分１７ｂがＬ字形状となるように設けられている。

また、図示しないが、第１の部分１７ａの形状は四角形状や円形状だけに限らず、その外の多角形や、その他の曲線を有する形状、角と曲線とを有する形状であってもよい。

図７（ａ）〜図９（ｋ）、図１０（ａ），（ｂ）のいずれの具体例においても、ｎ側電極１７がｐ側電極１６に囲まれている。これにより、電流密度分布を拡散させることができ、電流が流れる際に発生するｎ側電極１７の周辺の熱を分散させやすくなるため、より多くの電流を流す事が可能となる。この結果、高効率な半導体発光装置を実現できる。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置について、図１３を参照して説明する。本実施形態は、第１の部分と第２の部分を有するｎ側電極を複数設けた点で第１実施形態と異なり、その他の構成部分については、同様の構成を有している。従って、以下の説明においては、第１実施形態と同様の構成部分については、詳細説明を省略して異なる構成部分についてのみを説明する。

図１３（ａ）に示すように、複数のｎ側電極３０，３１が形成され、ｐ側電極１６に囲まれるように設けられている。また、複数のｎ側電極３０，３１は、ｎ側配線層２２と接続している領域である第１の部分３０ａ，３１ａと、第１の部分３０ａ，３１ａと連続して形成されている領域である３０ｂ，３１ｂを有している。そして、絶縁層１４は、ｎ側電極３０，３１とｐ側電極１６との間と、ｐ側電極の周囲を囲むように形成されている。

第１の部分３０ａ，３１ａの形状としては略四角形となるように設けているが、これに限られることはなく、どのような形状であってもよい。

第２の部分３０ｂ，３１ｂは略長方形となるように設けられている。そして、ｐ側電極１６のレイアウトが略長方形状であるため、ｐ側電極１６の長手方向に沿って第２の部分３０ｂ，３１ｂの長辺が配置されるように設けられている。なお、本実施形態では略長方形状のレイアウトであるが、正方形状の半導体発光装置であった場合は、辺方向に沿って長方形の長辺が配置されるように設けられればよい。

また、複数のｎ側電極３０，３１は、それぞれのｎ側電極３０，３１の第１の部分３０ａ，３１ａと第２の部分３０ｂ，３１ｂを通り、形状が線対称（ｎ側電極の短手方向が線対称）となる中心軸を有するように設けられており、その中心軸がｐ側電極３０，３１の長手方向と平行になるように配置されている。

そして、複数のｎ側電極３０，３１は、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、他方のｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する面側との間をＸａとし、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、ｎ側電極３０の中心軸との間をＸ１とし、ｐ側電極３０の中心軸とｐ側電極３１の中心軸との間をＸ２とし、他方のｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、ｎ側電極３１の中心軸との間をＸ３とした場合、次式（３）を満たすように形成されている。

Ｘ２＝Ｘ１＋Ｘ３＝０．５Ｘａ ・・・（３）
このような関係となるように設けることにより、複数のｎ側電極３０，３１をほぼ等間隔に配置することが可能となるため、第１の部分３０ａ，３１ａの周辺の電流密度分布を第２の部分３０ｂ，３１ｂへと拡散させることが可能となる。そして、発熱を低減させることが可能となる。その結果、より多くの電流を流すことが可能となるため、より高輝度に発光させることができる。

図１３（ａ）では、ｎ側電極が２つ設けられている場合を示したが、ｎ側電極が３つ設けられた場合について図１３（ｂ）を用いて説明する。

ｎ側電極３０，３１の間にｎ側電極３２が設けられており、絶縁層１４を介してｐ側電極１６に囲まれるように設けられている。また、ｎ側電極３０，３１の中心軸と平行になるようにｎ側電極３２を配置している。

そして、ｎ側電極３０，３１，３２は、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、他方のｐ側電極１６の長辺方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する面側との間をＹａとし、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、ｎ側電極３０の中心軸との間をＹ１とし、ｐ側電極３０の中心軸とｐ側電極３２の中心軸との間をＹ２とし、ｐ側電極３２の中心軸とｐ側電極３１の中心軸との間をＹ３とし、他方のｐ側電極１６の長辺方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、ｎ側電極３１の中心軸との間をＹ４とした場合、次式（４）を満たすように形成されている。

Ｙ２＝Ｙ３＝Ｙ１＋Ｙ４＝１／３ Ｙａ ・・・（４）
本実施形態では、ｎ側電極が２つの場合と３つの場合について説明したが、それ以上の場合も可能であるため、更により汎用性のある場合を含めて説明をする。隣り合うｎ側電極の中心軸間は等間隔になるように配置される。そして、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に設けられたｎ側電極は、ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側とｎ側電極の中心軸との間が、隣り合うｎ側電極の中心軸間の半分となるように設けられているとよい。

このような関係となるように設けることにより、複数のｎ側電極をほぼ等間隔に配置することが可能となるため、第１の部分の周辺の電流密度分布を第２の部分へと拡散させることが可能となる。そして、発熱を低減させることが可能となる。その結果、より多くの電流を流すことが可能となるため、より高輝度に発光させることができる。

（第３の実施例）
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体発光装置について、図１４を参照して説明する。本実施形態は、ｎ側電極の第１の部分のみで構成されているｎ側電極を更に設けた点で第２の実施形態と異なり、その他の構成部分については、同様の構成を有している。従って、以下の説明においては、第２実施形態と同様の構成部分については、詳細説明を省略して異なる構成部分についてのみを説明する。

図１４に示すように、複数のｎ側電極（第１のｎ側電極）３０，３１の他に、更に第１の部分４０ａ，４１ａのみから形成されているｎ側電極（第２のｎ側電極）４０，４１が設けられている。ｎ側電極４０，４１は、絶縁層１４を介してｐ側電極１６に囲まれるように設けられている。また、ｎ側電極４０，４１は、ｎ側電極３０，３１の第１の部分３０ａ，３１ａが形成されている側に形成されている。

ｎ側電極４０，４１の形状としては、略四角形となるように設けているが、これに限られることはなく、どのような形状であってもよい。

また、ｎ側電極４０，４１は、ｎ側電極４０，４１の中心がｎ側電極３０，３１の中心軸上にそれぞれ設けられるように配置されている。なお、本実施形態ではｎ側電極４０，４１の中心がｎ側電極３０，３１の中心軸上にそれぞれ設けられるように配置されているが、これに限られることはない。ｐ側電極１６の長手方向の側面側に形成されている絶縁層１４の面側と対向する側の面側と、ｎ側電極３０，３１の第１の部分３０ａ，３１ａの中心との間を半径とし、その円周Ｓよりも離間して形成されていればよい。望ましくは、ｎ側電極４０，４１は、ｐ側電極１６の短手方向の中心軸に対して対称となるように設けられている方がよい。また、第２の部分３０ｂ，３１ｂと対向する側に配置されるとよい。

このような関係となるように設けることにより、複数のｎ側電極をほぼ等間隔に配置することが可能となるため、第１の部分の周辺の電流密度分布を均一に拡散させることが可能となる。そして、発熱を低減させることが可能となる。その結果、より多くの電流を流すことが可能となるため、より高輝度に発光させることができる。

なお、本実施形態では第２の部分を有するｎ側電極が複数設けられ、第１の部分のみを有するｎ側電極が複数設けられている場合を説明したが、これに限られることはなく、
第２の部分を有するｎ側電極と、第１の部分のみを有するｎ側電極がそれぞれ１つずつ設けられていてもよく、第２の部分を有するｎ側電極又は第１の部分のみを有するｎ側電極のどちらか一方が複数であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

９…分離溝
１０…基板
１１…第１の半導体層
１２…発光層
１３…第２の半導体層
１４…絶縁層
１５…半導体層
１５ａ…第１の主面
１６…ｐ側電極
１７，３０，３１，３２，４０，４１…ｎ側電極
１８…第１の樹脂層
２１…ｐ側配線層
２２…ｎ側配線層
２３…ｐ側金属ピラー
２４…ｎ側金属ピラー
２５…第２の樹脂層
２８…蛍光体層
１００…半導体発光装置

Claims (8)

1. 第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、
   前記第２の主面上に設けられ、前記発光層を有する領域に形成されているｐ側電極と、
   前記第２の主面上に設けられ、前記ｐ側の電極に囲まれているｎ側電極と、
   前記半導体層の側面上と、前記ｐ側電極と前記ｎ側電極を囲み前記半導体層の前記第２の主面上に設けられている絶縁層と、
   前記ｐ側電極上に電気的に接続するように設けられているｐ側金属ピラーと、
   前記ｎ側電極上に電気的に接続するように設けられているｎ側金属ピラーと、
   前記ｐ側金属ピラーと前記ｎ側金属ピラーの端部を囲み、前記半導体層の側面と、前記第２主面と、前記ｐ側電極と、前記ｎ側電極と、前記絶縁層と、前記ｐ側金属ピラーと、前記ｎ側金属ピラーとを覆うように設けられている樹脂層と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記ｎ側電極は、前記ｎ側金属ピラーと電気的に接続する領域である第１の部分と、前記第１の部分と連続して設けられ、電流密度を分散させるための第２の部分とを有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記ｎ側電極は複数設けられており、
   前記ｎ側電極の前記第１の部分と前記第２の部分を通り、前記ｎ側電極が線対称となる軸を中心軸とした際、隣り合う前記ｎ側電極の中心軸間に対して、前記ｐ側電極の辺方向の側面側に形成されている前記絶縁層の面側と対向する側の面側とｎ側電極の中心軸との間が半分となるように設けられていることを特徴としている請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記ｎ側電極は、前記ｎ側金属ピラーと電気的に接続する領域である前記第１の部分と、前記第１の部分と連続して設けられている前記第２の部分とを有している第１のｎ側電極と、
   更に、前記第１のｎ側電極と離間して設けられ、前記ｎ側金属ピラーと電気的に接続する領域である前記第１の部分で構成されている第２のｎ側電極と、
   を有していることを特徴としている請求項２又は請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記第２のｎ側電極は、前記ｐ側電極の辺方向の側面側に形成されている前記絶縁層の面側と対向する側の面と、前記第１のｎ側電極の前記第１の部分の中心との間を半径とし、その円周よりも離間して形成されていることを特徴としている請求項４に記載の半導体発光装置。
6. 前記第２の部分は、長手方向と短手方向を有する形状であり、
   前記第２の部分の短手方向の平均の長さが、前記第１の部分の一辺の長さ又は直径の３０％以上となるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記第２の部分は、前記第２の部分の短手方向の最大の長さが、前記第１の部分の一辺の長さ又は直径の６０％以上となるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項６に記載の半導体発光装置。
8. 前記ｐ側電極の面積は、前記ｎ側電極の面積より広いことを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の半導体発光装置。

Images