JP6162478B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光装置に関する。
半導体発光素子においては、積層されたｎ型半導体層、ｐ型半導体層とそれぞれ電気的に接続されるｎ側電極、ｐ側電極が形成される。たとえばｐ型半導体層上にｐ側電極を形成し、ｐ型半導体層側から穿孔され、ｎ型半導体層を露出する凹部にｎ側電極を形成することにより、素子の同一面側にｐ側電極とｎ側電極を形成することができる（たとえば特許文献１〜３参照）。
図７Ａ及び図７Ｂは、複数の半導体発光素子が直列接続された、連弾型の半導体発光装置を示す写真である。本写真には、青色発光する４つの半導体発光素子が配列された４連型の装置を示した。４連素子の両側に配置される給電部から電力が供給される（両耳型）。
半導体発光装置は、発光素子、及び、発光素子を封止する樹脂を含んで構成され、樹脂には蛍光体が添加される場合がある。たとえば青色発光する半導体発光素子を封止する樹脂に、黄色発光する蛍光体が添加されると、半導体発光装置から白色光が出射される。図７Ａには、蛍光体が添加されていない樹脂で封止された半導体発光装置、図７Ｂには、黄色発光の蛍光体が添加された樹脂で封止された半導体発光装置を示した。
図７Ｂに示す半導体発光装置においては、給電部で、発光面に対し黄味を帯びた色むらが発生している。これは給電部に伝播する黄色光の反射に起因する。なお、黄色発光する蛍光体が添加された樹脂で封止された半導体発光装置においては、給電部に伝播する青色光の反射に起因して、青味を帯びた色むらが観察される場合もある。
たとえば半導体発光装置を自動車の前照灯用光源として利用する場合、投射面に反映される色むらは大きな問題である。
本発明の目的は、高品質の半導体発光装置を提供することである。
本発明の一観点によれば、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極とを備える半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う蛍光体層と、前記蛍光体層に覆われた領域内の支持基板上方に配置され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続された給電部とを有し、平面視上、前記支持基板が露出した領域が、前記給電部に隣接し、前記給電部は、第１材料で形成され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続される厚膜層と、前記厚膜層上の一部に形成され、前記蛍光体層の発する蛍光を、前記第１材料より吸収する第２材料で形成される吸収層とを備える半導体発光装置が提供される。
また、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極とを備える半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う蛍光体層と、前記蛍光体層に覆われた領域内の支持基板上方に配置され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続された給電部とを有し、前記給電部は、第１材料で形成され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続される厚膜層と、前記厚膜層上の一部に形成され、前記蛍光体層の発する蛍光を、前記第１材料より吸収する第２材料で形成される吸収層とを備える半導体発光装置が提供される。
また、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極とを備える半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う蛍光体層と、前記蛍光体層に覆われた領域内の支持基板上方に配置され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続された給電部とを有し、前記給電部は、第１材料で形成され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続される厚膜層と、前記厚膜層上の一部に形成され、前記蛍光体層の発する蛍光を、前記第１材料より吸収する第２材料で形成される吸収層とを備える半導体発光装置が提供される。
本発明によれば、高品質の半導体発光装置を提供することができる。
図１Ａ〜図３Ｉを参照し、実施例による半導体発光装置の製造方法について説明する。実施例による半導体発光装置は、半導体発光素子の製造工程（図１Ａ〜図１Ｌ参照）、及び、貼り合わせ・実装工程（図３Ａ〜図３Ｉ参照）を経て製造される。
図１Ａ〜図１Ｌは、実施例による半導体発光素子の製造方法を示す概略的な断面図である。実施例においては、窒化物系半導体発光素子を形成する。半導体層の成長方法として、たとえば有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）を用い、１枚の成長基板上に多数の発光素子を同時形成する。図１Ａ〜図１Ｌには、代表的に１素子について示した。
図１Ａを参照する。たとえばサファイア基板である成長基板１を準備する。成長基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入し、サーマルクリーニングを行う。ＧａＮバッファ層とアンドープＧａＮ層を成長した後、Ｓｉ等をドープした膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２を成長する。なお図面簡略化のため、ＧａＮバッファ層及びアンドープＧａＮ層は、ｎ型ＧａＮ層２に含めて示す。
ｎ型ＧａＮ層２上に、発光層（活性層）３を成長する。発光層３は、たとえばＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層である。ＩｎＧａＮ層を井戸層、ＧａＮ層を障壁層とした多重量子井戸構造を形成してもよい。発光層３上に、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層４を成長する。
成長基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後工程においてレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ等を用いることが可能である。
図１Ｂを参照する。ｐ型ＧａＮ層４上に、電子線蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタリング等により膜厚２００ｎｍのＡｇ層を堆積し、リフトオフによりパターニングして、穴ＨＬが形成された、所定形状のｐ側半導体上電極層５を形成する。ｐ側半導体上電極層５を反射電極として機能させるために、ＡｇまたはＡｇを含む合金を用いることが好ましい。また初期層に、コンタクトを促すＮｉ、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属やＩＴＯを含んでもよい。
なお穴ＨＬの内部には、後工程でビア電極が配置される。１素子当たりの穴ＨＬ（ビア電極）は、たとえば４０個程度であるが、図面には代表的に１つの穴ＨＬを示す。
図１Ｃを参照する。ｐ側半導体上電極層５の周囲を囲むように、ｐ型ＧａＮ層４上に、電子線蒸着、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等で、ｐ側半導体上電極層５と等しい膜厚のＳｉＯ２層を堆積し、フリンジ層６を形成する。フリンジ層６は、ＳｉＯ２のほか、ＳｉＮ等を用いて形成してもよい。
図１Ｄを参照する。ｐ側半導体上電極層５とフリンジ層６の上面上、及び、ｐ側半導体上電極層５とフリンジ層６の間のｐ型ＧａＮ層４上に、高反射層となる膜厚１００ｎｍのＡｇ層を堆積し、更に拡散防止層となるＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ層を膜厚２５０ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ／１０００ｎｍ／３０ｎｍに堆積し、リフトオフでパターニングして、ｐ側高反射層７及びｐ側拡散防止層８の積層からなるｐ側高反射キャップ層９を形成する。Ａｇ層は、電子線蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタリング等で形成し、ＴｉＷ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ層は、電子線蒸着やスパッタリング等で形成される。ｐ側高反射層７は、Ａｇを含む合金で形成してもよい。ｐ側拡散防止層８の最上面のＴｉ層は、次工程で形成される絶縁キャップ層との密着性を高める機能を有する。
ｐ側拡散防止層８は、ｐ側半導体上電極層５及びｐ側高反射層７に用いられる材料の拡散を防止する。たとえばＴｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、及びこれらの合金を用いて形成可能である。
ｐ側高反射キャップ層９は、穴ＨＬの縁近傍には形成されない。（ｐ側高反射キャップ層９の穴ＨＬ側の縁は、穴ＨＬの縁より外側に配置される。）また、ｐ側拡散防止層８の端部は、ｐ側高反射層７の端部を覆うように配置される。
素子外周側においては、ｐ側高反射層７及びｐ側拡散防止層８は、縁が一致するように、フリンジ層６の上面上に配置される。ｐ側高反射キャップ層９の縁が、フリンジ層６の上面上に配置され、半導体層２、３、４から離れて形成される構造により、ｐ側高反射層７中のＡｇの半導体層２、３、４への漏洩を防止する。
図１Ｅを参照する。ｐ側高反射キャップ層９を覆う絶縁キャップ層１０を形成する。絶縁キャップ層１０は、たとえば電子線蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２またはＳｉＮ等の絶縁材料を堆積し、リフトオフでパターニングして形成する。
絶縁キャップ層１０は、ｐ側半導体上電極層５、及び、ｐ側高反射層７に用いられるＡｇ系材料の漏洩を防止する。絶縁性を向上させるために、たとえば酸化物層を二段成膜してもよい。絶縁キャップ層１０は、穴ＨＬを画定するｐ側半導体上電極層５の側面にも配置される。
図１Ｆを参照する。ｎ側電極用のコンタクト領域を確保するため、穴ＨＬ底面に露出したｐ型ＧａＮ層４とその下の発光層３を、たとえば塩素系ガスを用いたドライエッチングにより除去して、凹部ＣＶを形成する。発光層３を含むジャンクション領域を越えて、電気的にｎ型半導体層２が露出する深さまで、一例として約１μｍをエッチングする。
図１Ｇを参照する。凹部ＣＶの底に露出したｎ型ＧａＮ層２上に、たとえば、電子線蒸着、スパッタリング等により、Ｔｉ／Ａｇ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を、膜厚１ｎｍ／２００ｎｍ／１００ｎｍ／２００ｎｍ／２００ｎｍに堆積し、リフトオフでパターニングし、ｎ側ビア電極１１を形成する。
ここで、たとえばｐ側半導体層上電極層５の位置における穴ＨＬの直径は４０μｍ程度、凹部ＣＶの底面の直径は３５μｍ程度、ビア電極１１の底面の直径は３０μｍ程度である。
図１Ｈを参照する。ｐ側半導体上電極層５、フリンジ層６、ｐ側高反射キャップ層９、及び絶縁キャップ層１０を覆って、たとえば電子線蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により膜厚６００ｎｍのＳｉＯ２を堆積し、リフトオフでパターニングして、絶縁フロート層１２を形成する。絶縁フロート層１２は、ＳｉＯ２のほか、ＳｉＮ等の絶縁材料で形成してもよい。絶縁性向上のため、たとえば酸化物層を三段成膜することもできる。
絶縁フロート層１２は、穴ＨＬ及び凹部ＣＶ内にも形成され、凹部ＣＶの側面に露出したｐｎ接合領域を覆う。絶縁フロート層１２は、ｎ側ビア電極１１の上面で開口している。絶縁キャップ層１０と絶縁フロート層１２の積層により、ｐｎ電極間絶縁層ＩＳが形成される。ｐｎ電極間絶縁層ＩＳは、後工程で完成されるｐ側電極Ｅｐとｎ側電極Ｅｎの間に介在し、ｐ側電極Ｅｐとｎ側電極Ｅｎとを電気的に分離する。
図１Ｉを参照する。素子の外周近傍で、ｐｎ電極間絶縁層ＩＳの一部を、たとえばＣＦ４系ガスを用いたドライエッチングにより除去して、ｐ側拡散防止層８を露出させ、ｐ側電極用の導通を確保するためのコンタクトホールＣＨを形成する。
図１Ｊを参照する。ｎ側ビア電極１１上に、たとえば、電子線蒸着またはスパッタリングによりＴｉ／Ａｇ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層をそれぞれ膜厚１ｎｍ／２００ｎｍ／１００ｎｍ／２００ｎｍ／２００ｎｍに堆積し、リフトオフによりパターニングして、ｎ側高反射層１３を形成する。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層としてもよい。初期のＴｉ層はコンタクト層であり、厚さが１ｎｍより厚いと、ｎ側高反射層１３の反射率が低下する場合がある。ｎ側高反射層１３は、平面視上、その縁領域が、穴ＨＬを画定するｐ側半導体上電極層５の縁領域と重複部分をもつように形成される。ｎ側高反射層１３の配置構造の詳細は後述する。
図１Ｋを参照する。電子線蒸着またはスパッタリングにより、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層をそれぞれ膜厚５０ｎｍ／１００ｎｍ／４００＋９００ｎｍに堆積し、リフトオフでパターニングして、導電層１４を形成する。電子線蒸着またはスパッタリングで成膜することにより、Ａｕ層に関し、リフトオフ性を向上させることができる。
導電層１４のうち、ｎ側高反射層１３上から、ｐ側高反射キャップ層９を覆うｐｎ電極間絶縁層ＩＳ上に延在する部分が、ｎ側キャップ層（素子ｎ側接続電極層）１４ｎを構成する。ｎ側ビア電極１１、ｎ側高反射層１３、及び素子ｎ側接続電極層１４ｎが、素子のｎ側電極Ｅｎを構成する。
導電層１４のうち、コンタクトホールＣＨに入り込んで形成され、素子ｎ側接続電極層１４ｎと間隙を隔てて電気的に分離された部分が、素子ｐ側接続電極層１４ｐを構成する。ｐ側半導体上電極層５、ｐ側高反射キャップ層９、及び素子ｐ側接続電極層１４ｐが、素子のｐ側電極Ｅｐを構成する。
図１Ｌを参照する。たとえば隣接素子間領域を露出する開口を有するフォトレジストマスクを用いて、塩素系ガスを用いたドライエッチングを行い、ｐ型半導体層４、発光層３、及びｎ型半導体層２を除去して成長基板１を露出させ、隣接素子を相互に分離するストリートＳＴを形成する。こうして、実施例による半導体発光素子が形成される。実施例による半導体発光素子は、たとえば青色光を出射する半導体発光素子である。
図２Ａ〜図２Ｃを参照し、実施例による半導体発光素子のｎ側高反射層１３近傍の構造を説明する。図２Ａは、ｎ側高反射層１３近傍の概略的な断面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、ｎ側高反射層１３等の配置を示す概略的な平面図である。
ｐ側電極Ｅｐのｐ側半導体上電極層５に形成された穴ＨＬ内に、底面にｎ型半導体層２を露出する凹部ＣＶが形成され、凹部ＣＶ内にｎ側ビア電極１１が形成されている。平面視上、穴ＨＬを画定するｐ側半導体上電極層５の縁Ｅ５よりも穴ＨＬの径方向外側に、ｐ側高反射キャップ層９の、穴ＨＬを囲む縁Ｅ９が配置されている。なお、平面視上、穴ＨＬの縁Ｅ５が、半導体層２、３、４に形成された凹部ＣＶの縁ＥＣＶを取り囲んでいる。
ｐ側電極Ｅｐは、ｐ側高反射キャップ層９の縁Ｅ９よりも穴ＨＬの径方向内側で、ｐ側半導体上電極層５上面が形成する平坦な領域ＲＧを有し、領域ＲＧ上に形成されたｐｎ電極間絶縁層ＩＳ上に、ｎ側高反射層１３の縁領域が形成されている。平面視上、ｎ側高反射層１３は穴ＨＬを覆って形成され、ｎ側高反射層１３の縁Ｅ１３は、ｐ側半導体上電極層５の縁Ｅ５より外側に、かつ、ｐ側高反射キャップ層９の縁Ｅ９より内側に配置されている。
つまり、ｎ側電極Ｅｎのｎ側高反射層１３は、平面視上、その縁領域が、穴ＨＬを画定するｐ側電極Ｅｐの縁領域（ｐ側半導体層上電極層５の縁領域）と重なるように形成され、かつ、ｐ側電極Ｅｐのｐ側高反射キャップ層９とは重ならない。なお、図２Ｂにおいて、ｎ側高反射層１３を右上りのハッチング、ｐ側半導体上電極層５及びｐ側高反射キャップ層９を左上がりのハッチングで示した。ｎ側高反射層１３とｐ側半導体上電極層５との重なり部分がクロスハッチングで示される。ｎ側高反射層１３の縁領域と、ｐ側電極Ｅｐの縁領域の重なり幅ＷＤは、たとえば２５μｍ以下であることが好ましい。
ｎ側電極Ｅｎのｎ側キャップ層１４ｎは、平面視上、穴ＨＬに対し、ｎ側高反射層１３の縁Ｅ１３より外側に広がって形成され、更に、ｐ側電極Ｅｐのｐ側高反射キャップ層９の縁Ｅ９よりも外側に広がって形成されている。つまり、ｎ側キャップ層１４ｎは、平面視上ｐ側高反射キャップ層９と重なっている。なお、図２Ｃにおいて、ｎ側キャップ層１４ｎを右上りのハッチングで示している。
ｐｎ電極間絶縁層ＩＳ上は、縁Ｅ９の外側領域において、ｐ側高反射キャップ層９の上面に乗り上げるように形成されている。領域ＲＧ上方に乗り上げて形成されたｎ側高反射層１３の縁部の上面Ｓ１３は、縁Ｅ９の外側領域におけるｐｎ電極間絶縁層ＩＳの上面Ｓ１２より低い位置にある。
実施例による半導体発光素子は、ｎ側電極Ｅｎの一部として形成された光反射電極部分であるｎ側高反射層１３と、全面にわたり光反射電極として形成されたｐ側電極Ｅｐとを有し、ｎ側高反射層１３とｐ側電極Ｅｐの穴形成部とが、平面視上、縁領域で重なるように形成されている。これにより、発光層３側から入射した光を、穴内ではｎ側高反射層１３で反射し、その外側ではｐ側電極Ｅｐで反射して、光取り出し効率を向上させることができる。
図３Ａ〜図３Ｉを参照して、貼り合わせ・実装工程について説明する。
図３Ａを参照する。たとえばシリコン基板である支持基板２１を準備する。熱酸化処理を行い表面にＳｉＯ２による絶縁層２２を形成する。支持基板２１は、熱膨張係数がサファイア（７．５×１０−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料で形成されることが好ましい。Ｓｉのほか、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。絶縁層２２の膜厚は、絶縁性を確保可能な厚さであればよい。
絶縁層２２上に、たとえば電子線蒸着、スパッタリング等により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を厚さ６００ｎｍ／５０ｎｍ／１０００ｎｍに堆積し、支持基板２１側の電極となる融着層２３を形成する。後工程で、支持基板側の電極層２３と、素子側のｎ側接続電極層１４ｎ及びｐ側接続電極層１４ｐとが接着される。このため、貼り合わせの接着層となる支持基板側電極層２３、素子ｎ側接続電極層１４ｎ、及び、素子ｐ側接続電極層１４ｐは、融着接合が可能なＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いて形成する。
また、電極層２３の外側端部領域に、たとえば電子線蒸着またはスパッタリングにより、厚膜パッド層２４となるＡｕを厚さ２．１μｍに堆積し、更に、グレア光吸収層２５となるＴｉを厚さ２０ｎｍに堆積する。ネガ系フォトレジストを用いたリフトオフにより、Ａｕ層とＴｉ層の一部を除去し、厚膜パッド層２４及びグレア光吸収層２５を形成し、給電部ＥＳを画定するとともに、平面視上、給電部ＥＳに隣接する支持基板２１露出領域を形成する。
厚膜パッド層２４は、Ａｕのほか、ＡｕＳｎ等の合金で形成してもよい。また、Ａｌ、Ｐｔ等を用いることもできる。これらの材料を順次積層した厚膜層としてもよい。Ａｇを使用することも可能であるが、マイグレーションの観点からＡｕ等の材料が好ましい。
給電部ＥＳは、ワイヤーボンディングに使用される領域であり、電極層２３の一部、及び、その上の少なくとも一部領域に形成される厚膜パッド層２４、及び、厚膜パッド層２４上の一部領域に形成されるグレア光吸収層２５を含む。図３Ａに示す例においては、給電部ＥＳは、５００μｍ×１８０μｍの矩形状領域から、３４０μｍ×１６０μｍの矩形状領域（支持基板２１露出領域）を除いたＬ字状の領域（厚膜パッド層２４の形成領域）である。
厚膜パッド層２４は、電極層２３と電気的に接続される。グレア光吸収層２５は、ワイヤーボンディングを行う位置で開口して厚膜パッド層２４（Ａｕ層）を露出させる。本図には、露出領域をボンディング用開口２４ｐｏ、２４ｎｏとして示した。ボンディング用開口２４ｐｏ、２４ｎｏの開口径は、たとえば１００μｍ〜１２０μｍ程度である。グレア光吸収層２５は、平面視上、開口２４ｐｏ、２４ｎｏ以外の位置においては厚膜パッド層２４を覆っている。
図３Ｂを参照する。実施例においては、２つの半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂが直列接続された構造を有する２連型の半導体発光装置の製造工程を示す。支持基板２１上に絶縁層２２を介して、発光素子３１Ａのｐ側電極ＥｐＡに接続される電極層２３ｐ、発光素子３１Ａのｎ側電極ＥｎＡ及び発光素子３１Ｂのｐ側電極ＥｐＢに接続される電極層２３ｎｐ、及び、発光素子３１Ｂのｎ側電極ＥｎＢに接続される電極層２３ｎが、電気的に分離して形成されている。厚膜パッド層２４下の電極層２３ｐ、２３ｎは、それぞれボンディング用開口２４ｐｏ、２４ｎｏを備える給電部ＥＳの一部を構成する。
支持基板２１側の電極層２３ｐ、２３ｎｐ、２３ｎと、各素子３１Ａ、３１Ｂのｎ側接続電極層１４ｎ及びｐ側接続電極層１４ｐとを位置合わせして接着し、たとえば３ＭＰの加圧状態で３００℃に加熱して１０分間保持する。その後、室温まで冷却することにより融着接合を行う。
こうして、電極層２３ｐにより発光素子３１Ａのｐ側電極ＥｐＡを引き出して一方の給電部ＥＳと電気的に接続し、電極層２３ｎｐにより発光素子３１Ａのｎ側電極ＥｎＡと発光素子３１Ｂのｐ側電極ＥｐＢとを直列に接続し、電極層２３ｎにより発光素子３１Ｂのｎ側電極ＥｎＢを引き出して他方の給電部ＥＳと電気的に接続する電気的接続構造が形成される。
図３Ｃを参照する。たとえばＵＶエキシマレーザー光ＵＶＬをサファイア基板１の裏面側から照射し、バッファ層を加熱分解することで、レーザーリフトオフによる成長基板１の剥離を行う。なお、成長基板１の剥離あるいは除去は、エッチング等の他の手法を用いてもよい。
レーザーリフトオフにより発生したＧａを熱水などで除去し、その後塩酸で表面を処理する。これによりｎ型ＧａＮ層２が露出する。この表面処理は、窒化物半導体をエッチングできるものであればよく、リン酸、硫酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の酸やアルカリの薬剤を用いることができる。また、表面処理はＡｒプラズマや塩素系プラズマを用いたドライエッチングや、研磨などで行ってもよい。続いて、ｎ型ＧａＮ層２の表面に、ドライエッチング装置を用いたＣｌ、Ａｒ処理、またはＣＭＰ研磨装置を用いた平滑化処理を行い、レーザー痕やレーザーダメージ層を除去する。
図３Ｄを参照する。光取り出し効率を向上させるために、たとえばＫＯＨ溶液等のアルカリ溶液に浸すことにより、露出したｎ型ＧａＮ層２の表面に結晶構造由来の凹凸加工を施し、光取り出し構造またはマイクロコーン構造を形成する。
図３Ｅを参照する。素子３１Ａ、３１Ｂの上面全体に、たとえば電子線蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等により厚さ３５０ｎｍのＳｉＯ２を堆積して、全面保護膜２６を形成する。ＳｉＮ等で形成してもよい。ＳｉＯ２膜２６はグレア光吸収層２５上にも形成される。ボンディング用開口２４ｐｏ、２４ｎｏ上に形成されたＳｉＯ２膜２６は、たとえばポジ系フォトレジストを用いてパターニングを行った後、ＣＦ４系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより除去する。
図３Ｆを参照する。支持基板２１の裏面側を研削・研磨し、たとえば厚さ３００μｍまで薄くして、支持基板２１の熱抵抗を下げる。また、後出のパッケージ基板との接合密着性を確保するため、支持基板２１の研削・研磨面上に、たとえば電子線蒸着、スパッタリング等により、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを厚さ５０ｎｍ／１５０ｎｍ／２００ｎｍに堆積して、裏面金属層２７を形成する。裏面金属層２７は電気的なコンタクト性を必要としないため、たとえば後出の接合材と相性のよい他材料を使用することができる。
図３Ｇを参照する。支持基板２１をレーザースクライブまたはダイシングにより分割する。本図には分割位置を矢印で示した。
図３Ｈを参照する。ＡｇペーストやＡｕＳｎ等の接合材４２を用い、素子３１Ａ、３１Ｂが接合された支持基板２１を、パッケージ基板４１上にダイボンディングする。その後、Ａｕワイヤー４３ｐ、４３ｎを用いたワイヤーボンディングにより、素子３１Ａのｐ側電極ＥｐＡ、素子３１Ｂのｎ側電極ＥｎＢを、それぞれ給電部ＥＳを介し、パッケージ基板４１の給電用パッド４４ｐ、４４ｎに接続して、パッケージ実装を完了する。
図３Ｉを参照する。発光素子３１Ａ、３１Ｂを封止する樹脂に、たとえば黄色発光する蛍光体を添加して硬化し、発光素子３１Ａ、３１Ｂを覆う蛍光体層４５を形成する。給電部ＥＳも蛍光体層４５に覆われた領域内に配置される。半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂから発光される青色光は、蛍光体層４５を透過することで、白色光となって半導体発光装置から出射する。以上のような工程を経て、実施例による半導体発光装置が完成する。
図４は、実施例による半導体発光装置の給電部ＥＳの配置を示す概略的な平面図である。図３Ａと比較したとき、給電部ＥＳの一部が、半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂにより遮られている。なお、本図においては、グレア光吸収層２５上のＳｉＯ２膜２６（図３Ｉ参照）は省略した。
給電部ＥＳは、たとえば半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂの配列方向に沿う支持基板２１両端部上方に画定される。実施例による半導体発光装置の給電部ＥＳは、支持基板２１の両端部における露出領域に隣接している点に特徴を有する。ここで、支持基板２１の露出領域上には、たとえばＳｉＯ２等の膜が形成されていてもよい。本願では、支持基板２１上にＳｉＯ２等の膜が形成されている状態も含め、支持基板２１の露出と呼ぶ。
半導体発光装置の端部領域においては、給電部ＥＳに、電極層２３ｐ、２３ｎ（Ａｕ）が除去された支持基板２１（Ｓｉ）露出領域が隣接しており、ＳｉはＡｕより、蛍光体層４５に含まれる蛍光体が発する蛍光（黄色光）を吸収しやすい（反射しにくい）。このため、半導体発光装置端部領域に伝播する黄色光の反射が抑制され、当該領域における色むらを抑制することができる。
また、Ｓｉは、半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂが発光する色の光（青色光）を、Ａｕより吸収しやすい。したがって半導体発光装置端部領域に伝播する青色光の反射が抑制され、当該領域における色むらを一層抑制することができる。
更に、給電部ＥＳは、電極層２３ｐ、２３ｎの端部領域、その上に形成される厚膜パッド層２４、及び、厚膜パッド層２４上に形成され、開口２４ｐｏ、２４ｎｏを備えるグレア光吸収層２５を含んで構成される。支持基板２１を露出させるために電極層２３ｐ、２３ｎを除去すると、電極層２３ｐ、２３ｎの端部領域（給電部ＥＳ）における電気抵抗（配線抵抗）が大きくなる。厚膜パッド層２４を形成することにより、電気抵抗を小さくすることが可能である。
また、グレア光吸収層２５は、厚膜パッド層２４を形成する材料（Ａｕ）よりも蛍光体層４５に含まれる蛍光体が発する蛍光（黄色光）を吸収しやすい材料（Ｔｉ）で形成される。すなわち給電部ＥＳにおいては、蛍光体層４５で発光される蛍光を相対的に反射しやすい（吸収しにくい）材料で形成される厚膜パッド層２４上に、相対的に吸収しやすい（反射しにくい）材料で形成されるグレア光吸収層２５が配置される。このため、給電部ＥＳに伝播する黄色光の反射が抑制され、給電部ＥＳにおける色むらを抑制することができる。
更に、グレア光吸収層２５は、半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂが発光する色の光（青色光）を、厚膜パッド層２４を形成する材料より吸収しやすい材料で形成されることが望ましい。給電部ＥＳに伝播する青色光の反射が抑制され、給電部ＥＳにおける色むらを一層抑制することができる。
このように実施例による半導体発光装置は、素子３１Ａ、３１Ｂの発光部以外の領域（青色光が発生しない領域）、具体的には半導体発光装置端部領域への伝播光による色むらを抑制可能な、高品質の半導体発光装置である。
なお、支持基板２１の端部領域を露出させる工程、及び、厚膜パッド層２４上にグレア光吸収層２５を形成する工程は、半導体発光装置端部領域において、電極層２３ｐ、２３ｎ、及び、厚膜パッド層２４の露出面積を小さくする工程である。
グレア光吸収層２５は、Ｔｉのほか、Ｃｒ、Ｎｉ、ＴｉＮ等で形成してもよい。ただしＳｉＯ２膜２６との密着性の観点からは、Ｔｉを用いることが好ましい。
また、図４に示すように、給電部ＥＳは、グレア光吸収層２５が形成された素子３１Ａ、３１Ｂ側の端部領域が、平面視上、素子３１Ａ、３１Ｂの給電部ＥＳ側の端部領域と重なるように画定される。重なり幅は、たとえば１５μｍ〜２０μｍ程度以下である。給電部ＥＳを素子３１Ａ、３１Ｂに対してこのように配置することにより、給電部ＥＳ及び支持基板２１露出領域以外の半導体発光装置端部近傍における色むらを抑制することができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、給電部ＥＳとワイヤー４３ｎを示す概略図である。図５Ｂには、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面を示した。
給電部ＥＳは、Ａｕワイヤー４３ｐ、４３ｎを用いたワイヤーボンディングにより、パッケージ基板４１の給電用パッド４４ｐ、４４ｎ（図３Ｉ参照）と電気的に接続される。Ａｕワイヤー４３ｐ、４３ｎは、たとえばＡｕにより、開口２４ｐｏ、２４ｎｏにボンディングされる。ワイヤー１ｓｔボール径（接合径）は、たとえば１４０μｍ程度である。半導体発光素子３１Ａ、３１Ｂには、給電部ＥＳを介して電力が供給される。
図６Ａ及び図６Ｂは、給電部ＥＳの変形例を示す概略図である。
変形例においては、半導体発光装置（支持基板２１）端部領域の外周に沿い、給電部ＥＳ（厚膜パッド層２４及びグレア光吸収層２５／配線経路）が枠状に形成されている。このため支持基板２１は、平面視上、給電部ＥＳに囲まれた領域に露出している。配線経路を枠状に形成することで、電気抵抗を小さくすることが可能である。したがって、たとえば図３Ａに示す実施例と比較したとき、支持基板２１の露出面積を大きくし、半導体発光装置端部領域における色むらを一層抑制することができる。また、厚膜パッド層２４を薄くすることができる。
以上、実施例及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されない。
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
蛍光体層を含む半導体発光装置全般に利用することができる。たとえば自動車の前照灯用光源として好適に利用可能である。
１ 成長基板
２ ｎ型ＧａＮ層
３ 発光層
４ ｐ型ＧａＮ層
５ ｐ側半導体層上電極層
６ フリンジ層
７ ｐ側高反射層
８ ｐ側拡散防止層
９ ｐ側高反射キャップ層
１０ 絶縁キャップ層
１１ ｎ側ビア電極
１２ 絶縁フロート層
１３ ｎ側高反射層
１４ 導電層
１４ｎ 素子ｎ側接続電極層（ｎ側キャップ層）
１４ｐ 素子ｐ側接続電極層
２１ 支持基板
２２ 絶縁層
２３ 融着層
２３ｎ、２３ｎｐ、２３ｐ 電極層
２４ 厚膜パッド層
２４ｎｏ、２４ｐｏ ボンディング用開口
２５ グレア光吸収層
２６ 全面保護膜
２７ 裏面金属層
３１Ａ、３１Ｂ 半導体発光素子
４１ パッケージ基板
４２ 接合材
４３ｐ、４３ｎ ワイヤー
４４ｐ、４４ｎ 給電用パッド
４５ 蛍光体層
ＣＨ コンタクトホール
ＣＶ 凹部
Ｅｎ、ＥｎＡ、ＥｎＢ ｎ側電極
Ｅｐ、ＥｐＡ、ＥｐＢ ｐ側電極
ＥＳ 給電部
ＨＬ 穴
ＩＳ ｐｎ電極間絶縁層
２ ｎ型ＧａＮ層
３ 発光層
４ ｐ型ＧａＮ層
５ ｐ側半導体層上電極層
６ フリンジ層
７ ｐ側高反射層
８ ｐ側拡散防止層
９ ｐ側高反射キャップ層
１０ 絶縁キャップ層
１１ ｎ側ビア電極
１２ 絶縁フロート層
１３ ｎ側高反射層
１４ 導電層
１４ｎ 素子ｎ側接続電極層（ｎ側キャップ層）
１４ｐ 素子ｐ側接続電極層
２１ 支持基板
２２ 絶縁層
２３ 融着層
２３ｎ、２３ｎｐ、２３ｐ 電極層
２４ 厚膜パッド層
２４ｎｏ、２４ｐｏ ボンディング用開口
２５ グレア光吸収層
２６ 全面保護膜
２７ 裏面金属層
３１Ａ、３１Ｂ 半導体発光素子
４１ パッケージ基板
４２ 接合材
４３ｐ、４３ｎ ワイヤー
４４ｐ、４４ｎ 給電用パッド
４５ 蛍光体層
ＣＨ コンタクトホール
ＣＶ 凹部
Ｅｎ、ＥｎＡ、ＥｎＢ ｎ側電極
Ｅｐ、ＥｐＡ、ＥｐＢ ｐ側電極
ＥＳ 給電部
ＨＬ 穴
ＩＳ ｐｎ電極間絶縁層
Claims (8)
- 第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極とを備える半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆う蛍光体層と、
前記蛍光体層に覆われた領域内の支持基板上方に配置され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続された給電部と
を有し、
平面視上、前記支持基板が露出した領域が、前記給電部に隣接し、
前記給電部は、
第１材料で形成され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続される厚膜層と、
前記厚膜層上の一部に形成され、前記蛍光体層の発する蛍光を、前記第１材料より吸収する第２材料で形成される吸収層と
を備える半導体発光装置。 - 前記第２材料は、前記半導体発光素子の発光する色の光を、前記第１材料より吸収する請求項１に記載の半導体発光装置。
- 前記第２材料は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、またはＴｉＮである請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記吸収層は、ワイヤーボンディングを行う位置以外の位置において、前記厚膜層を覆っている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記給電部の、前記半導体発光素子側の端部領域は、平面視上、前記半導体発光素子の端部領域と重なっている請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記厚膜層及び前記吸収層は、前記支持基板の外周に沿い、枠状に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光素子は、
前記第２半導体層側から、前記発光層を貫通して前記第１半導体層を露出するように形成された凹部と、
前記凹部の底面で前記第１半導体層と電気的に接続し、前記第２半導体層の上面上方に延在して形成された前記第１電極と、
前記第２半導体層の上面で前記第２半導体層と電気的に接続し、平面視上前記凹部を囲む穴が形成された前記第２電極と、
前記第２半導体層の上方で、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された絶縁層と
を有し、
前記第２電極は、前記発光層側から入射した光を反射させる光反射電極であり、
前記第１電極は、平面視上、前記穴を覆うように形成され、前記発光層側から入射した光を反射する光反射電極層を含み、
前記第１電極の光反射電極層の縁領域は、平面視上、前記第２電極の穴を画定する縁領域と重なるように形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成され、前記第１導電型と逆の第２導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極とを備える半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を覆う蛍光体層と、
前記蛍光体層に覆われた領域内の支持基板上方に配置され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続された給電部と
を有し、
前記給電部は、
第１材料で形成され、前記第１電極または前記第２電極と電気的に接続される厚膜層と、
前記厚膜層上の一部に形成され、前記蛍光体層の発する蛍光を、前記第１材料より吸収する第２材料で形成される吸収層と
を備える半導体発光装置。
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