JP5101650B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
可視光及び白色光を放出可能な発光装置の用途は、照明装置、画像表示装置のバックライト光源、及びディスプレイ装置などに拡大している。
これらの用途では小型化の要求がますます強まっている。このために、リードフレーム上に発光素子チップを接着し、且つ樹脂を用いて成型したＳＭＤ（Surface−Mounted Device)型発光装置を用いることにより、電子機器などの小型化が容易となった。
また、電力損失の少ない半導体発光装置を用いた照明装置により蛍光灯や白熱電球を置き換えるには、量産性を高め価格を低減することが要求される。
これらの用途では小型化の要求がますます強まっている。このために、リードフレーム上に発光素子チップを接着し、且つ樹脂を用いて成型したＳＭＤ（Surface−Mounted Device)型発光装置を用いることにより、電子機器などの小型化が容易となった。
また、電力損失の少ない半導体発光装置を用いた照明装置により蛍光灯や白熱電球を置き換えるには、量産性を高め価格を低減することが要求される。
さらなる小型化のための技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、透明基板に設けられた配線層と発光素子チップとがフリップチップ接続され、柱状電極及びボールを介して外部から駆動可能とされる。また、透明基板上において、発光素子チップ及び柱状電極は封止材により覆われる。
しかしながら、この例では、発光素子チップを透明基板上に位置精度よく接着するための配線層や柱状電極を必要とし、小型化及び量産性要求を満たすのに十分であるとは言えない。
また、蛍光体変換型白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）では、蛍光体によって励起光を波長変換する際に、励起光と蛍光体発光とのエネルギー差を熱として損失する（ストークス損失）が避けられない。このため、蛍光体の制御による効率改善が望まれる。
本発明は、小型化が容易であり、量産性及び効率が改善された半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、基板の上に形成され前記基板が除去された半導体層であって、第１の主面とその反対側に形成された第２の主面とを有し、発光層を含む半導体層と、前記半導体層の前記第２の主面に設けられた第１の電極と、前記半導体層の前記第２の主面に設けられた第２の電極と、前記半導体層の前記第２の主面側に設けられ、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを有する絶縁膜と、前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線と、前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に設けられ、前記第２の電極と接続された第２の配線と、前記第１の配線における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、前記第２の配線における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた第２の金属ピラーと、前記第１の金属ピラーと前記第２の金属ピラーとの間に設けられた樹脂と、前記半導体層の前記第１の主面に対向して設けられ、発光光のピーク波長が異なる複数種の蛍光体を含む蛍光体層と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、基板上に、第１の主面とその反対側に形成された第２の主面とを有し、発光層を含む半導体層を形成する工程と、前記半導体層の前記第２の主面に、第１の電極と第２の電極を形成する工程と、前記半導体層の前記第２の主面側に、前記第１の電極及び前記第２の電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを形成する工程と、前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面に、前記第１の開口を介して前記第１の電極と接続された第１の配線と、前記第２の開口を介して前記第２の電極と接続された第２の配線とを形成する工程と、前記第１の配線における前記第１の電極に対する反対側の面に第１の金属ピラーを、前記第２の配線における前記第２の電極に対する反対側の面に第２の金属ピラーを形成する工程と、前記第１の金属ピラーと前記第２の金属ピラーとの間に樹脂を形成する工程と、前記基板を前記半導体層から除去する工程と、前記半導体層における前記第１の主面上に、複数種の蛍光体を含む蛍光体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、基板上に、第１の主面とその反対側に形成された第２の主面とを有し、発光層を含む半導体層を形成する工程と、前記半導体層の前記第２の主面に、第１の電極と第２の電極を形成する工程と、前記半導体層の前記第２の主面側に、前記第１の電極及び前記第２の電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを形成する工程と、前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面に、前記第１の開口を介して前記第１の電極と接続された第１の配線と、前記第２の開口を介して前記第２の電極と接続された第２の配線とを形成する工程と、前記第１の配線における前記第１の電極に対する反対側の面に第１の金属ピラーを、前記第２の配線における前記第２の電極に対する反対側の面に第２の金属ピラーを形成する工程と、前記第１の金属ピラーと前記第２の金属ピラーとの間に樹脂を形成する工程と、前記基板を前記半導体層から除去する工程と、前記半導体層における前記第１の主面上に、複数種の蛍光体を含む蛍光体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、小型化が容易であり、量産性及び効率が改善された半導体発光装置及びその製造方法が提供される。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置の模式断面図である。
本実施形態に係る半導体発光装置は、半導体層５と、配線、封止樹脂等を含むパッケージ構造部と、蛍光体層２７とを有し、これらはウェーハ状態で一括して形成される。半導体層５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２を有する。第１の半導体層１１は、例えば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。
第１の半導体層１１の第１の主面１１ａから主として光が外部へと放出される。第２の半導体層１２は、第１の半導体層１１における第１の主面１１ａの反対側の第２の主面１１ｂに設けられている。
第２の半導体層１２は、発光層（活性層）を含む複数の半導体層の積層構造を有する。その構造の一例を図２に示す。なお、図２は図１と上下が逆になっている。
第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ上に、ｎ型のＧａＮ層３１が設けられている。ＧａＮ層３１上に、発光層３３が設けられている。発光層３３は、例えばＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造を有する。発光層３３上に、ｐ型のＧａＮ層３４が設けられている。
図１に示すように、第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ側には、凸部と凹部が設けられている。第２の半導体層１２は凸部の表面に設けられている。したがって、凸部は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２との積層構造を含む。
凹部の底面は第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂであり、その凹部の第２の主面１１ｂに、第１の電極としてｎ側電極１４が設けられている。
第２の半導体層１２において第１の半導体層１１と接する面の反対面には、第２の電極としてｐ側電極１５が設けられている。
第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂは、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜１３で覆われている。ｎ側電極１４及びｐ側電極１５は、絶縁膜１３から露出している。ｎ側電極１４とｐ側電極１５とは、絶縁膜１３によって絶縁され、互いに電気的に独立した電極となっている。また、絶縁膜１３は、第２の半導体層１２を含む凸部の側面も覆っている。
絶縁膜１３、ｎ側電極１４の一部およびｐ側電極１５の一部を覆うように、第２の主面１１ｂ側に絶縁膜１６が設けられている。絶縁膜１６は、例えば、シリコン酸化膜あるいは樹脂である。
絶縁膜１６において、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２に対する反対側の面は平坦化され、その面に第１の配線としてのｎ側配線１７と、第２の配線としてのｐ側配線１８が設けられている。
ｎ側配線１７は、ｎ側電極１４に達して絶縁膜１６に形成された開口１６ａ内にも設けられ、ｎ側電極１４と電気的に接続されている。ｐ側配線１８は、ｐ側電極１５に達して絶縁膜１６に形成された開口１６ｂ内にも設けられ、ｐ側電極１５と電気的に接続されている。
例えば、ｎ側配線１７とｐ側配線１８は、開口１６ａ、１６ｂの内壁面も含めた絶縁膜１６の表面に形成されたシード金属を電流経路として利用したメッキ法によって同時に形成される。
ｎ側電極１４、ｐ側電極１５、ｎ側配線１７およびｐ側配線１８は、いずれも第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ側に設けられ、発光層に電流を供給するための配線層を構成する。
ｎ側配線１７においてｎ側電極１４に対する反対側の面には、第１の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー１９が設けられている。ｐ側配線１８においてｐ側電極１５に対する反対側の面には、第２の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２０が設けられている。ｎ側金属ピラー１９の周囲、ｐ側金属ピラー２０の周囲、ｎ側配線１７およびｐ側配線１８は、樹脂２６で覆われている。また、樹脂２６は第１の半導体層１１の側面１１ｃも覆い、第１の半導体層１１の側面１１ｃは樹脂２６によって保護されている。
第１の半導体層１１は、ｎ側電極１４及びｎ側配線１７を介してｎ側金属ピラー１９と電気的に接続されている。第２の半導体層１２は、ｐ側電極１５及びｐ側配線１８を介してｐ側金属ピラー２０と電気的に接続されている。ｎ側金属ピラー１９及びｐ側金属ピラー２０における樹脂２６から露出する下端面には、例えばはんだボール、金属バンプなどの外部端子２５が設けられ、その外部端子２５を介して、半導体発光装置は外部回路と電気的に接続可能である。
ｎ側金属ピラー１９の厚み（図１において上下方向の厚み）は、半導体層５、ｎ側電極１４、ｐ側電極１５、絶縁膜１３、１６、ｎ側配線１７およびｐ側配線１８を含む積層体の厚みよりも厚い。同様に、ｐ側金属ピラー２０の厚みも、上記積層体の厚みよりも厚い。この条件を満足すれば、各金属ピラー１９、２０のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は１以上であることに限らず、その比は１よりも小さくてもよい。すなわち、金属ピラー１９、２０の平面サイズよりも厚みが小さくてもよい。
本実施形態の構造によれば、半導体層５が薄くても、ｎ側金属ピラー１９、ｐ側金属ピラー２０および樹脂２６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、回路基板等に実装した場合に、外部端子２５を介して半導体層５に加わる応力をｎ側金属ピラー１９とｐ側金属ピラー２０が吸収することで緩和することができる。ｎ側金属ピラー１９及びｐ側金属ピラー２０を補強する役目をする樹脂２６は、回路基板等と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂２６として、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを一例として挙げることができる。
また、ｎ側配線１７、ｐ側配線１８、ｎ側金属ピラー１９、ｐ側金属ピラー２０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膜との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。
第１の半導体層１１の第１の主面１１ａ上には、蛍光体層２７が設けられている。蛍光体層２７は、第１の主面１１ａの面方向にわたって略均一な厚さで設けられている。発光層から発光された光は、主に、第１の半導体層１１中を進んで第１の主面１１ａから蛍光体層２７に進入し、蛍光体層２７を通過して、外部に放出される。
蛍光体層２７は、発光層からの光（励起光）を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層からの光と、蛍光体層２７における波長変換光との混合光が放出可能となる。
蛍光体層２７は複数種の蛍光体を透明樹脂中に分散させた構造を有する。透明樹脂は、発光層及び蛍光体が発光する光に対する透過性を有し、例えばシリコーン樹脂などである。
複数種の蛍光体は、発光層からの光によって励起されて発光する光のピーク波長が異なるものを含み、相対的にピーク波長が長い蛍光体ほど第１の主面側に設けられている。ピーク波長が異なる蛍光体は、蛍光体層２７の厚み方向に層状に分かれて存在する。
蛍光体層２７は、第１の主面１１ａ上に設けられた第１の蛍光体を含む第１の蛍光体層２７ａと、第１の蛍光体層２７ａ上に設けられた第２の蛍光体層２７ｂとを有する。第２の蛍光体層２７ｂは、第１の蛍光体よりも発光光のピーク波長が短い第２の蛍光体を含む。なお、蛍光体層２７は３層以上の積層構造であってもよい。
蛍光体層２７に、発光光のピーク波長が異なる複数種の蛍光体を含有させることで、高い演色性（光源を照明として使う場合の物体の色の見え方を決める性質）を得ることができる。また、発光層として青色光を発光するものを用い、蛍光体として赤色を発光する赤色蛍光体および緑色を発光する緑色蛍光体を用いることで、青色光と赤色光と緑色光との混合として演色性の高い白色または電球色を得ることができる。
また、発光層からの光が放出される第１の主面１１ａ側に、第１の蛍光体として赤色蛍光体を含む第１の蛍光体層２７ａを設け、その上に、より発光ピーク波長が短い第２の蛍光体として緑色蛍光体を含む第２の蛍光体層２７ｂを設けた層構造にすることで、蛍光体の発光が他種の蛍光体を励起するために使われることがなく、効率の低下を抑制することができる。この結果、高効率な発光特性を実現できる。
緑色蛍光体と赤色蛍光体の密度、それらを含む蛍光体層の厚さなどをを調整することで、所望の色の発光を得ることができる。
また、蛍光体として、以下に例示するようなサイアロン系化合物に発光中心元素を添加させた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。また、緑色サイアロン系蛍光体、赤色サイアロン系蛍光体は、青色光で高効率に励起されるため、青色光を発光する発光層と組み合わせることで、様々な色合いを持つ高効率の発光デバイスを得ることができる。
青色の励起光に対して黄色蛍光体を組み合わせる場合よりも、青色励起光に対して赤色サイアロン系蛍光体及び緑色サイアロン系蛍光体を組み合わせる場合の方が、高い演色性を有する白色が得られ、高温での劣化も抑えられる。
また、赤色サイアロン系蛍光体は、紫外光から青色光まで広い励起帯域で高効率に励起可能であり、ブロードな発光スペクトルを有し、特に白色ＬＥＤに適している。
青色の励起光に対して黄色蛍光体を組み合わせる場合よりも、青色励起光に対して赤色サイアロン系蛍光体及び緑色サイアロン系蛍光体を組み合わせる場合の方が、高い演色性を有する白色が得られ、高温での劣化も抑えられる。
また、赤色サイアロン系蛍光体は、紫外光から青色光まで広い励起帯域で高効率に励起可能であり、ブロードな発光スペクトルを有し、特に白色ＬＥＤに適している。
例えば、第１の蛍光体層２７ａには、第１の蛍光体（赤色蛍光体）として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長５８０ｎｍ乃至７００ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（１）を満たす蛍光体が含まれている。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１ （１）
但し、上記式（１）中、ＭはＳｉおよび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。
但し、上記式（１）中、ＭはＳｉおよび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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７の関係を満たしている。
上記組成式（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。
上記組成式（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。
また、例えば、第２の蛍光体層２７ｂには、第２の蛍光体（緑色蛍光体）として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長４９０ｎｍ乃至５８０ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（２）を満たす蛍光体が含まれている。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２ （２）
但し、上記式（２）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
但し、上記式（２）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１，６＜ｄ２＜１１の関係を満たしている。
上記組成式（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。
上記組成式（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。
あるいは、例えば、第２の蛍光体層２７ｂには、第２の蛍光体（緑色蛍光体）として、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長４９０ｎｍ乃至５８０ｎｍの間に発光ピークを示し、下記の式（３）を満たす蛍光体が含まれている。
（Ｍ１−ｘＲｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２ （３）
但し、上記一般式（３）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
但し、上記一般式（３）中、ＭはＳｉおよびＡｌを除く少なくとも一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。
例えば、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＧｅからなる群から選択される少なくとも１種である。また、Ｒは、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、およびＦｅからなる群から選択される少なくとも１種である。 ここで、ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、０＜ｘ≦１、０．９４＜ａ２＜１．１、４．１＜ｂ２＜４．７、０．７＜ｃ２＜０．８５、７＜ｄ２＜９の関係を満たしている。
上記組成式（３）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。
上記組成式（３）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。
上記組成式で表される蛍光体を用いることで、熱による劣化を抑制することができる。
また、前述した赤色蛍光体及び緑色蛍光体に対して、さらに黄色蛍光体を加えることで、さらに高い演色性を実現可能である。黄色蛍光体として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕなどのシリケート系蛍光体を用いることができる。
また、赤色蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの窒化物系蛍光体を用いてもよい。また、緑色蛍光体としては、例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕなどのハロ燐酸系蛍光体を用いてもよい。
また、複数種の蛍光体には青色蛍光体が含まれていてもよい。青色蛍光体として、例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕなどの酸化物系蛍光体を用いることができる。
次に、図３、図４（ａ）〜図７（ｂ）を参照して、本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４（ａ）に示すように、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成する。第１の半導体層１１において基板１０側の面が第１の主面１１ａに対応する。次に、基板１０において第１の主面１１ａの反対側の第２の主面１１ｂ上に、第２の半導体層１２を形成する。例えば、発光層が窒化物系半導体の場合、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２の積層体は、サファイア基板上に結晶成長させることができる。
次に、例えば図示しないレジストを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、第２の半導体層１２及び第１の半導体層１１の一部を選択的に除去する。これにより、図４（ｂ）に示すように、第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ側に凹部及び凸部が形成される。第２の半導体層１２及び第１の半導体層１１の一部が除去された部分が凹部となり、発光層を含む第２の半導体層１２が残された部分が凸部となる。凹部の底部には、第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂが露出する。
次に、図４（ｃ）に示すように、第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ及び第２の半導体層１２の全面を、絶縁膜１３で覆う。絶縁膜１３は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で形成される。
次に、絶縁膜１３を選択的に開口し、図５（ａ）に示すように、凸部の第２の半導体層１２上にｐ側電極１５を、凹部における第１の半導体層１１の第２の主面１１ｂ上にｎ側電極１４を形成する。
また、絶縁膜１３及び第１の半導体層１１を貫通し基板１０に達する溝８を形成する。溝８は、第１の半導体層１１を基板１０上で複数に分離する。溝８は、図３に示すように、例えばウェーハ面内で格子状に形成される。これにより、溝８によって周囲を囲まれた複数のチップ（半導体層）５が形成される。
次に、図５（ｂ）に示すように、ｎ側電極１４、ｐ側電極１５および絶縁膜１３を覆う絶縁膜１６を形成する。また、絶縁層１６は溝８内に埋め込まれる。
絶縁膜１６を形成した後、例えばフッ酸溶液を用いて、図５（ｃ）に示すように、ｎ側電極１４に達する開口１６ａと、ｐ側電極１５に達する開口１６ｂを絶縁膜１６に形成する。また、溝８内の絶縁膜１６も除去する。
次に、絶縁膜１６の上面、開口１６ａ、１６ｂの内壁（側面及び底面）に、図示しないシード金属を形成し、さらに図示しないめっきレジストを形成した後、シード金属を電流経路としたＣｕめっきを行う。シード金属は、例えばＣｕを含む。また、溝８内には図示しないめっきレジストが設けられる。
これにより、図６（ａ）に示すように、絶縁膜１６の上面（第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２に対する反対側の面）に、選択的にｎ側配線１７とｐ側配線１８が形成される。ｎ側配線１７は、開口１６ａ内にも形成され、ｎ側電極１４と接続される。ｐ側配線１８は、開口１６ｂ内にも形成され、ｐ側電極１５と接続される。
次に、ｎ側配線１７及びｐ側配線１８のめっきに使っためっきレジストを薬液で除去した後、今度は金属ピラー形成用の別のめっきレジストを形成し、前述したシード金属を電流経路とした電解めっきを行う。このときも、溝８内にはめっきレジストが設けられている。これにより、図６（ｂ）に示すように、ｎ側配線１７の上方にｎ側金属ピラー１９が形成され、ｐ側配線１８の上方にｐ側金属ピラー２０が形成される。
その後、金属ピラー形成用のめっきレジストを薬液で除去し、さらにシード金属の露出している部分を除去する。これにより、ｎ側配線１７とｐ側配線１８とのシード金属を介した電気的接続が分断される。
次に、図７（ａ）に示すように、ｎ側配線１７、ｐ側配線１８、ｎ側金属ピラー１９、ｐ側金属ピラー２０および絶縁膜１６を、樹脂２６で覆う。また、このとき、溝８内にも樹脂２６の一部を埋め込む。
その後、樹脂２６の表面を研削してｎ側金属ピラー１９及びｐ側金属ピラー２０の端面を露出させる。そして、その露出面に、必要に応じて、はんだボール、金属バンプなどの外部端子２５（図１）を設ける。
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１０を除去する。なお、図７（ｂ）は図７（ａ）と上下を逆に表している。
基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法により第１の半導体層１１から除去される。具体的には、基板１０における第１の半導体層１１が形成された主面の反対面である裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板１０に対して透過性を有し、第１の半導体層１１に対しては吸収領域となる波長を有する。
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。例えば、第１の半導体層１１がＧａＮの場合、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。
基板１０の除去後、図１に示すように、第１の半導体層１１の第１の主面１１ａ上に蛍光体層２７を形成する。
例えば、まず、第１の蛍光体が分散されたペースト状の透明樹脂を印刷法で第１の主面１１ａ上に供給し、この後透明樹脂を硬化させる。これにより、第１の主面１１ａ上に第１の蛍光体層２７ａが形成される。その後、第２の蛍光体が分散されたペースト状の透明樹脂を印刷法で第１の蛍光体層２７ａ上に供給し、この後その透明樹脂を硬化させる。これにより、第１の蛍光体層２７ａ上に第２の蛍光体層２７ｂが形成される。すなわち、それぞれ発光ピーク波長が異なる２層構造の蛍光体層２７が得られる。
蛍光体層２７の形成時、図７（ｂ）に示すように、溝８内には樹脂２６が埋め込まれているため、溝８内に蛍光体層２７が入り込まない。すなわち、溝８によって分断された複数の半導体層５が、溝８に埋め込まれた樹脂２６を介してつながったウェーハ状態で、蛍光体層２７が形成される。このため、蛍光体層２７を均一な厚さで形成することができ、色度特性のばらつきを抑制できる。
ウェーハ状態の比較的広く平坦な面に対して印刷法によって一括して蛍光体層を形成することで均一な厚さの蛍光体層を容易に形成することができ、このことによって、光学設計の精度が上がり、また小型化にも有利となる。
また、第１の主面１１ａ上から基板１０を除去した後に蛍光体層２７を形成することで、光取り出し面である第１の主面１１ａと蛍光体層２７との間に基板１０が存在せず、光取り出し効率の向上を図れる。
その後、溝８の位置で切断し、個片化された半導体発光装置が得られる。基板１０はすでに除去され、さらに溝８内に樹脂２６が埋め込まれているため、容易にダイシングでき生産性を向上できる。また、溝８には、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２が存在しないため、ダイシング時にそれら半導体層が受けるダメージを回避することができる。樹脂２６が埋め込まれた溝８で切断することで、図１に示すように、個片化されたデバイスにおける第１の半導体層１１の側面（または端面）１１ｃは樹脂２６で覆われ、保護される。
また、図３において１点鎖線で示すように、１つのチップ（半導体層）５を囲む位置で切断して個片化してもよいし、２点鎖線で示すように、複数のチップ（半導体層）５を囲む溝８の位置で切断して個片化してもよい。
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デバイスごとに、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、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。また、個々のデバイスの平面サイズをベアチップ（半導体層５）の平面サイズに近くした小型化が容易になる。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。
なお、基板１０をすべて除去しないで、図８に示すように、薄く研削した上で第１の半導体層１１の第１の主面１１ａ上に残してもよい。蛍光体層２７は基板１０上に設けられ、基板１０を介して第１の主面１１ａに対向する。
基板１０を薄層化して残すことにより、基板１０をすべて除去する構造よりも機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。また、基板１０が残っていることで、個片化した後の反りを抑制でき、回路基板等への実装が容易になる。
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。基板、半導体層、電極、配線、金属ピラー、絶縁膜、樹脂の材料、サイズ、形状、レイアウトなどに関して当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
１０…基板、５…半導体層、８…溝、１１…第１の半導体層、１２…第２の半導体層、１３，１６…絶縁膜、１４…ｎ側電極、１５…ｐ側電極、１７…ｎ側配線、１８…ｐ側配線、１９…ｎ側金属ピラー、２０…ｐ側金属ピラー、２６…樹脂、２７…蛍光体層、２７ａ…第１の蛍光体層、２７ｂ…第２の蛍光体層、３３…発光層
Claims (9)
- 基板の上に形成され前記基板が除去された半導体層であって、第１の主面とその反対側に形成された第２の主面とを有し、発光層を含む半導体層と、
前記半導体層の前記第２の主面に設けられた第１の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面に設けられた第２の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面側に設けられ、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを有する絶縁膜と、
前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線と、
前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の開口内に設けられ、前記第２の電極と接続された第２の配線と、
前記第１の配線における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
前記第２の配線における前記第２の電極に対する反対側の面に設けられた第２の金属ピラーと、
前記第１の金属ピラーと前記第２の金属ピラーとの間に設けられた樹脂と、
前記半導体層の前記第１の主面に対向して設けられ、発光光のピーク波長が異なる複数種の蛍光体を含む蛍光体層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記発光層の側面は、前記絶縁膜及び前記樹脂の少なくともいずれかにより覆われていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記複数種の蛍光体における発光光のピーク波長が長い蛍光体が、発光光のピーク波長が短い蛍光体よりも前記第１の主面側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記蛍光体層は、
前記第１の主面上に設けられた第１の蛍光体を含む第１の蛍光体層と、
前記第１の蛍光体層上に設けられ、前記第１の蛍光体よりも発光光のピーク波長が短い第２の蛍光体を含む第２の蛍光体層と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。 - 前記第１の蛍光体は、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長５８０ｎｍ乃至７００ｎｍの間に発光ピークを示すサイアロン系化合物を含むことを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
- 前記第２の蛍光体は、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光で励起した際に波長４９０ｎｍ乃至５８０ｎｍの間に発光ピークを示すサイアロン系化合物を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の半導体発光装置。
- 基板上に、第１の主面とその反対側に形成された第２の主面とを有し、発光層を含む半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の前記第２の主面に、第１の電極と第２の電極を形成する工程と、
前記半導体層の前記第２の主面側に、前記第１の電極及び前記第２の電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記第１の電極に達する第１の開口と、前記第２の電極に達する第２の開口とを形成する工程と、
前記絶縁膜における前記半導体層に対する反対側の面に、前記第１の開口を介して前記第１の電極と接続された第１の配線と、前記第２の開口を介して前記第２の電極と接続された第２の配線とを形成する工程と、
前記第１の配線における前記第１の電極に対する反対側の面に第１の金属ピラーを、前記第２の配線における前記第２の電極に対する反対側の面に第２の金属ピラーを形成する工程と、
前記第１の金属ピラーと前記第２の金属ピラーとの間に樹脂を形成する工程と、
前記基板を前記半導体層から除去する工程と、
前記半導体層における前記第１の主面上に、複数種の蛍光体を含む蛍光体層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体層を形成する工程は、
前記第１の主面上に、第１の蛍光体を含む第１の蛍光体層を形成する工程と、
前記第１の蛍光体層上に、前記第１の蛍光体よりも発光光のピーク波長が短い第２の蛍光体を含む第２の蛍光体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項７記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体層を形成する工程は、
前記蛍光体が分散された透明樹脂を前記第１の主面上に印刷法で供給する工程と、
前記第１の主面上に供給された前記透明樹脂を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光装置の製造方法。
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