JP5498417B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような半導体発光装置は、筐体内に発光素子を設けた後、蛍光体を混ぜたペースト状の樹脂を発光素子上に滴下することで製造できる。
この場合、所定の量の割合(濃度)となるように蛍光体を樹脂に配合するが、蛍光体の量の割合を一定にすると発光素子から出射される光の波長のばらつきにより色度のばらつきが大きくなるという問題がある。
また、以下においては、一例として、複数の発光部を有する半導体発光装置(いわゆるマルチチップ型の半導体発光装置)について例示をする。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体発光装置を例示するための模式断面図である。
図1(a)に示すように、半導体発光装置1には、発光部2、電極部3、電極部4、接合部5、絶縁部6、封止部7、波長変換部8が設けられている。
また、図1(b)に示すように、半導体発光装置1aには、発光部2毎に波長変換部の周縁を囲む壁部9がさらに設けられている。
光を出射する発光部2には、半導体部2a、活性部2b、半導体部2cが設けられている。
半導体部2aは、n形の窒化物半導体を用いて形成されたものとすることができる。窒化物半導体としては、例えば、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、AlGaN(窒化アルミニウムガリウム)、InGaN(窒化インジウムガリウム)などを例示することができる。
活性部2bは、正孔および電子が再結合して光を発生する井戸層と、井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層(クラッド層)と、によって構成された量子井戸構造とすることができる。
量子井戸構造としては、単一量子井戸(SQW;Single Quantum Well)構造としてもよいし、多重量子井戸(MQW;Multiple Quantum Well)構造としてもよい。また、単一量子井戸構造のものを複数積層するようにしてもよい。
この場合、例えば、青色光を発光させる場合にはInGaN/GaN等の多重量子井戸構造、紫外線を発光させる場合にはGaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN、InGaN/AlGaN等の多重量子井戸構造とすることができる。
ただし、活性部2bの構成は量子井戸構造に限定されるわけではなく、発光可能な構造を適宜選択することができる。
発光部2は、例えば、ピークの発光波長が350nm〜600nmの発光ダイオードとすることができる。
電極部3の一方の端部は接合部5と電気的に接続され、接合部5を介して電極部3と半導体部2aとが電気的に接続されている。
電極部4の一方の端部は半導体部2cと電気的に接続されている。
なお、電極部3、電極部4の形状、材質などは例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
絶縁部6は、封止部7に設けられた凹部7aを埋め込むようにして設けられている。絶縁部6は、絶縁材料を用いて形成されるようにすることができる。例えば、絶縁部6がSiO2などの無機材料や、樹脂などから形成されるものとすることができる。
封止部7は、熱硬化性樹脂などを用いて形成されるものとすることができる。
また、封止部7は凹部7aを有し、凹部7aの内部に設けられた発光部2、接合部5をも封止する役割を有している。なお、封止部7と絶縁部6とが一体的に形成されるようにすることもできる。
波長変換部8は、波長変換可能な蛍光体が混合された樹脂などを用いて形成されたものとすることができる。
波長変換部8の光の透過率は、例えば、420nm〜720nmの波長領域において90%以上となるようにすることができる。
蛍光体の形態は、例えば、粒子状とすることができる。この場合、粒子状の蛍光体を少なくとも1つ以上含むものとすることができる。
蛍光体としては、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、燐(P)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、アルカリ土類元素、硫化物元素、希土類元素、窒化物元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素が含まれたものとすることができる。
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+
緑色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば、以下のものを例示することができる。ただし、緑色の蛍光を発する蛍光体は、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce
青色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば、以下のものを例示することができる。ただし、青色の蛍光を発する蛍光体は、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu、
Y3(Al,Ga)5O12:Ce、
SrSi2ON2.7:Eu2+
黄色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば、以下のものを例示することができる。ただし、黄色の蛍光を発する蛍光体は、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+
黄緑色の蛍光を発する蛍光体の材料としては、例えば、以下のものを例示することができる。ただし、黄緑色の蛍光を発する蛍光体は、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
SrSi2ON2.7:Eu2+
なお、混合する蛍光体は1種類である必要はなく、複数種類の蛍光体が混合されるようにしてもよい。この場合、青味がかった白色光、黄味がかった白色光などのように色味を変えるために複数種類の蛍光体の混合割合を変えるようにすることもできる。
この場合、発光部2から出射する光が、波長の短い紫外から青色の光であり輝度も高い場合には波長変換部4を形成する樹脂が劣化するおそれがある。そのため、波長変換部4を形成する樹脂としては、青色光などによる劣化が生じにくいものとすることが好ましい。青色光などによる劣化が生じにくい樹脂としては、例えば、屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーン、ジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンとエポキシ樹脂とのハイブリット樹脂などを例示することができる。
ただし、蛍光体が混合される樹脂は、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
そして、発光部2から出射する光の波長がばらつくと色度もばらつくようになる。
なお、基板上に形成された複数の発光部から出射する光の波長の分布をモノトーン色の濃淡で表し、光の波長が短い程濃く、光の波長が長い程淡くなるように表示した。
図2に示すように、基板上の位置によって発光部から出射する光の波長が異なるものとなる場合がある。
このことは、形成された発光部2から出射する光の波長にはばらつきがあることを意味する。
なお、図3(a)は波長と色度図におけるX座標の値Cxとの関係を例示するための模式グラフ図、図3(b)は波長と色度図におけるY座標の値Cyとの関係を例示するための模式グラフ図である。
また、図3(a)、(b)中のAは波長変換部の厚み寸法が100μm程度、Bは波長変換部の厚み寸法が65μm程度、Cは波長変換部の厚み寸法が45μm程度の場合である。なお、波長変換部に含まれる蛍光体の量の割合を一定とした場合である。
このことは、発光部2から出射する光の波長がばらつくと色度もばらつくことを意味する。
また、波長変換部8の厚み寸法が薄くなると色度図におけるX座標の値Cx、Y座標の値Cyがともに低下する。
このことは、波長変換部8に含まれる蛍光体の量を少なくすれば色度図におけるX座標の値Cx、Y座標の値Cyを低下させることができることを意味する。
例えば、図3(a)、(b)中のA、B、Cにおいて、短い波長(図中の左側)の光を出射する発光部2の上に形成される波長変換部8に含まれる蛍光体の量を少なくして値Cx、値Cyを低下させるようにすれば、長い波長(図中の右側)の光を出射する発光部2における値Cx、値Cyとの差を小さくすることができる。
そのため、波長変換部は、光の波長が短い位置における蛍光体の量が光の波長が長い位置における蛍光体の量よりも少なくなるような蛍光体の量の分布を有したものとすることができる。
なお、蛍光体の量を変化させれば、色度差ΔCxと色度差ΔCyとがともに変化するので、色度差ΔCxと色度差ΔCyの内いずれか大きい値の方が0.015以下となるように蛍光体の量が決められるようにすることができる。
この場合、少なくとも隣接する発光部2同士の間で色度差ΔCxと色度差ΔCyとが0.015以下となるようにすればよい。
発光部2が多数設けられているような場合には、色度差ΔCxと色度差ΔCyとが0.015以下となるように分割して、分割された各領域毎に蛍光体の量を決めるようにすればよい。
また、壁部9は、発光部2から出射した光を波長変換部8a〜8eの内部に拡散させるととともに半導体発光装置1aの正面側に向けて光を出射させる反射部としての機能を有するものとすることができる。
この場合、発光部2から出射した光を反射させやすいように壁部9の反射率は、例えば、380nm〜720nmの波長領域において90%以上となるようにすることができる。
壁部9を形成する材料としては、例えば、ポリフタル酸アミド樹脂(PPA)、シリコーン系樹脂などを例示することができる。また、壁部9の表面に光の反射率の高い材料からなる反射膜(例えば、金属薄膜など)を設けるようにしてもよい。
ただし、例示をしたこれらの材料に限定されるわけではなく適宜変更することができる。
波長変換部18aは、含有される蛍光体の量の割合が一定とされ、すべての発光部2の主面M1側に設けられている。
波長変換部18aは、蛍光体を所定の量含有した樹脂などを用いて形成されたものとすることができる。
波長変換部18b〜18fは、波長変換部18aの発光部2の主面側とは反対側に設けられている。
波長変換部18b〜18fは、前述した波長変換部8a〜8eと同様に、発光部2から出射する光の波長に基づいた蛍光体の量の分布を有している。
すなわち、図4に例示をした半導体発光装置1cには、発光部2の主面M1側に蛍光体の量の割合が一定とされた波長変換部18aと、波長変換部18aを覆うようにして設けられた蛍光体の量の分布を生じさせるための波長変換部18b〜18fとが設けられている。
例えば、発光部2から青色光が出射され、青色と補色関係にある黄色の光を放出する蛍光体を設けて白色光を得るようにする場合などに適用させることができる。
なお、図1(b)に例示をしたものと同様に、発光部2同士の間に波長変換部18a〜18fの周縁を囲む壁部9をそれぞれ設けるようにすることもできる。
本実施の形態によれば、前述したものと同様に、色度のばらつきを抑制することができる。また、波長変換部18aの形成後に波長変換部18b〜18fを適宜設けるようにすることができるので、色度のばらつきが大きく不良となった部分のリペアなどにも適用させることができる。
図5(a)に示すように、半導体発光装置1dには、発光部2、電極部3、電極部4、接合部5、絶縁部6、封止部7、波長変換部28a〜28fが設けられている。
例えば、発光部2から青色光が出射され、波長変換部28aに含まれる蛍光体が赤色の光を放出するもの、波長変換部28b〜28fに含まれる蛍光体が緑色の光を放出するものとされ、青色光、赤色光、緑色光から白色光を得るようにする場合などに適用させることができる。
なお、図1(b)に例示をしたものと同様に、発光部2同士の間に波長変換部28a〜28fの周縁を囲む壁部9をそれぞれ設けるようにすることもできる。
すなわち、図5(a)に例示をした波長変換部28a〜28fに加えて、波長変換部28aと発光部2の主面M1との間に波長変換部38が設けられている。
なお、図1(b)に例示をしたものと同様に、発光部2同士の間に波長変換部28a〜28f、波長変換部38の周縁を囲む壁部9をそれぞれ設けるようにすることもできる。 また、図5においては、波長変換部を2層または3層に設ける場合を例示したがこれに限定されるわけではない。
例えば、発光部2から出射される光の色などとの関係において、蛍光体の種類、波長変換部の層数などを適宜変更することができる。
図1に例示をしたものは蛍光体の量が調整された波長変換部8a〜8eを設ける場合、図4、図5に例示をしたものは含まれる蛍光体の量を調整する波長変換部18b〜18f、28b〜28fを設ける場合である。
すなわち、波長変換部48は、厚み寸法の変化に応じた蛍光体の量の分布を有している。
なお、図1、図4、図5に例示をした波長変換部の厚み寸法を変化させるようにすることもできる。
図7、図8は、第2の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
なお、図8は図7に続く模式工程断面図である。
まず、図7(a)に示すように、サファイアなどからなる基板100上に所定の形状を有する半導体部2a、活性部2b、半導体部2cをこの順で形成する(ステップS1)。 すなわち、サファイアなどからなる基板100上に所定の形状を有する発光部2を形成する。
この場合、既知のスパッタリング法や気相成長法などを用いてこれらの成膜を行うようにすることができる。気相成長法としては、例えば、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法、分子線エピタキシャル成長(MBE;Molecular Beam Epitaxy)法などを例示することができる。
そして、既知のリソグラフィ技術やエッチング技術などを用いて、半導体部2a、活性部2b、半導体部2cの形状を成形するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで接合部5、絶縁部6を形成するようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長法、各種の化学的気相成長法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで電極部3、電極部4を形成するようにすることができる。
この場合、レーザリフトオフ法などを用いて積層体を基板100から剥離するようにすることができる。
なお、図7(e)は、積層体を反転させた状態で剥離する場合を表したものである。
この際、封止部7が形成されることになる。
次に、測定された光の波長に基づいて蛍光体の量の分布を求める(ステップS8)。
この場合、図2、図3において例示をしたように、光の波長、蛍光体の量、色度のばらつきにおける相関関係などを予め実験やシミュレーションなどにより求めておき、これらの相関関係に基づいて蛍光体の量の分布を求めるようにすることができる。
例えば、図1に例示をした波長変換部を形成する場合には、図8(b)に示すように、求められた量の蛍光体が含まれる波長変換部8a、8bなどを個別的に形成する。
また、例えば、図4、図5に例示をした波長変換部を形成する場合には、図8(c)に示すように、すべての発光部2の主面M1側に波長変換部18aを形成し、求められた蛍光体の量に基づいて波長変換部18bなどを個別的に形成する。
すなわち、発光部2の一方の主面M1側に求められた蛍光体の量の分布に基づいて、蛍光体が混合された樹脂を塗布することで波長変換部を個別的に形成する。
すなわち、発光部2の一方の主面M1側に蛍光体が混合された樹脂を塗布することで波長変換部を形成し、求められた蛍光体の量の分布に基づいて波長変換部の厚み寸法を変化させる。
波長変換部を個別的に形成するような場合には、例えば、ディスペンス法、インクジェット法、エアロゾル法などの塗布方法を用いることができる。
波長変換部の厚み寸法を変化させるような場合には、例えば、図8(d)に示すように、砥石101を用いた研磨加工により行うようにすることができる。
この場合、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長法、各種の化学的気相成長法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで壁部9を形成するようにすることができる。
不良となった部分のリペアは、例えば、蛍光体が混合された樹脂を個別的に塗布したり、波長変換部の厚み寸法を薄くしたりすることで行うことができる。
この場合、個片化を行うことで1つの発光部2を有する半導体発光装置とすることもできるし、複数の発光部を有する半導体発光装置とすることもできる。
この場合、ブレードダイシング法などを用いて分割を行うようにすることができる。
本実施の形態に係る半導体発光装置の製造方法によれば、色度のばらつきが抑制された半導体発光装置を容易に製造することができる。
Claims (5)
- 互いに近接させて設けられ、光を出射する複数の発光部と、
前記複数の発光部の一方の主面側に一体に設けられ、蛍光体を所定の蛍光体の量の割合で含有する波長変換部と、
を備え、
前記一体に設けられた波長変換部は、前記複数の発光部のうちで出射する光の波長が短い発光部の位置における前記波長変換部の厚み寸法が、前記複数の発光部のうちで出射する光の波長が長い発光部の位置における前記波長変換部の厚み寸法よりも短くなるように、前記発光部側とは反対側の面に厚み寸法の変化に応じた平坦面を有する段差を有し、厚み寸法の変化に応じた前記蛍光体の量の分布を有することを特徴とする半導体発光装置。 - 前記波長変換部は、色度差が0.015以下となる前記蛍光体の量の分布を有することを特徴とする請求項1記載の半導体発光装置。
- 互いに近接させて設けられ、光を出射する複数の発光部と、前記複数の発光部の一方の主面側に一体に設けられ、蛍光体を所定の蛍光体の量の割合で含有する波長変換部と、を有する半導体発光装置の製造方法であって、
前記複数の発光部から出射する光の波長を測定する工程と、
前記測定された光の波長に基づいて前記蛍光体の量の分布を求める工程と、
前記複数の発光部の一方の主面側に前記波長変換部を一体に形成する工程と、
前記求められた蛍光体の量の分布に基づいて前記波長変換部の表面を削り取ることで、前記複数の発光部のうちで出射する光の波長が短い発光部の位置における前記波長変換部の厚み寸法が、前記複数の発光部のうちで出射する光の波長が長い発光部の位置における前記波長変換部の厚み寸法よりも短くなるように、前記発光部側とは反対側の面に厚み寸法の変化に応じた平坦面を有する段差を設け、厚み寸法の変化に応じた前記蛍光体の量の分布を生じさせる工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体の量の分布を生じさせる工程において、
前記波長変換部の厚み寸法を変化させることで、色度差が0.015以下となる前記蛍光体の量の分布を形成する請求項3記載の半導体発光装置の製造方法。 - 前記蛍光体の量の分布を生じさせる工程において、
前記波長変換部の厚み寸法を変化させることで、少なくとも前記複数の発光部毎に前記蛍光体の量の割合が規定された前記蛍光体の量の分布を形成する請求項3または4に記載の半導体発光装置の製造方法。
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