JP7291537B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置に関する。
透明基板上に活性層を含む半導体層が積層された半導体発光素子が、上下反転されて実装面上に実装されるフリップチップ型の半導体発光装置が知られている（例えば、引用文献１）。フリップチップ型の半導体発光装置では、当該半導体発光素子の同一平面側に正極（ｐ電極）と負極（ｎ電極）の両方の電極が設けられる。また、フリップチップ型の半導体発光装置の実装の際に、素子側に設けられた各電極と実装面に設けられた各配線とがＡｕＳｎ等の導電性の接合部材を介して接合され、その後リフローにより半田溶融して電気的導通がとられる。
上記のような半導体発光素子と実装面との接合において、溶融させた接合部材が電極と配線との接合する領域以外の領域まで流出し、リークやショートが発生する場合があった。このような場合、半導体発光装置としての設計通りの特性が得られず、歩留まりが低下することが課題となっていた。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、リークやショートが無く、高品質かつ歩留まりの高いフリップチップ型の半導体発光装置を提供することを目的としている。
本発明の半導体発光装置は、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上面の１の領域に形成された第１の電極と、前記第１の半導体層の前記上面の他の領域に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、前記第１の導電型と反対の導電型の第２の導電型の第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第２の電極と、前記第２の電極の表面に形成されかつ前記第２の電極の表面を露出する第１の開口部を有する絶縁体からなる第１の保護膜と、前記第１の電極上に設けられた導電体からなる第１の接合部材と前記第１の開口部によって露出された表面に設けられた導電体からなる第２の接合部材と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対向する１の面を有する基板と、前記基板の前記１の面の前記第１の電極と対向する位置に形成され前記第１の接合部材に接合されている導電体からなる第１の配線と、前記基板の前記１の面の前記第２の電極と対向する位置に前記第１の配線から離間して形成され、表面の第１の開口部と対向する所定の接合領域において前記第２の接合部材に接合されている導電体からなる第２の配線と、前記第２の配線の表面に形成されかつ前記接合領域の前記第１の配線から遠い端部から前記第１の配線から離れる方向に延在している第２の保護膜と、を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体発光装置は、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上面の１の領域に形成された第１の電極と、前記第１の半導体層の前記上面の他の領域に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、前記第１の導電型と反対の導電型の第２の導電型の第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第２の電極と、前記第２の電極の表面に形成されかつ前記第２の電極の表面を露出する第１の開口部を有する絶縁体からなる第１の保護膜と、前記第１の電極上に設けられた導電体からなる第１の接合部材と前記第１の開口部によって露出された表面に設けられた導電体からなる第２の接合部材と、前記第１の電極及び前記第２の電極に対向する１の面を有する基板と、前記基板の前記１の面の前記第１の電極と対向する位置に形成され前記第１の接合部材に接合されている導電体からなる第１の配線と、前記基板の前記１の面の前記第２の電極と対向する位置に前記第１の配線から離間して形成され、表面の第１の開口部と対向する所定の接合領域において前記第２の接合部材に接合されている導電体からなる第２の配線と、前記第２の配線の表面に形成されかつ前記第２の配線の表面を部分的に露出する絶縁体からなる第２の保護膜と、を有し、上面視において、前記第１の開口部は前記第２の配線の表面のうち前記第２の保護膜から露出している領域を包含するか、または、前記第２の配線の表面のうち前記第２の保護膜から露出している領域は前記第１の開口部を包含することを特徴とする。
以下に本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。上面図の一部に、説明のためハッチングを施している。
図１～図４を参照しつつ、本発明の実施例１に係る半導体発光装置１０の構成について説明する。図１は、半導体発光装置１０の上面図である。図１に示すように、半導体発光装置１０は、半導体発光素子（光半導体チップ）３０が、搭載面を有するサブマウント１１上に搭載されて構成されている。図１中、半導体発光素子３０の外形のみを破線で示しており、その他の部分については省略している。
サブマウント１１は、サブマウント基板１２上に電極等が形成されて構成されたものである。サブマウント基板１２は、１の面を発光素子の搭載面とする板状の搭載基板である。図１に示すように、サブマウント基板１２は、例えば、上面視において矩形の形状を有する。サブマウント基板１２は、例えばＡｌＮセラミック基板であり、他にアルミナ等の基板が用いられる。
第１の配線としてのｎ配線電極１３は、サブマウント基板１２の搭載面上に形成された電極パターンである。ｎ配線電極１３は、サブマウント基板１２の搭載面のうち、サブマウント基板１２の１の辺に沿った領域に形成されている。ｎ配線電極１３は、導電体からなり、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ等の金属からなる。
第２の配線としてのｐ配線電極１５は、サブマウント基板１２の搭載面上に形成された電極パターンである。ｐ配線電極１５は、ｎ配線電極１３から電気的に離間して形成されている。
ｐ配線電極１５は、基部１５Ａ及び延在部１５Ｂからなる。基部１５Ａは、ｎ配線電極１３が形成されている辺に対向する辺に沿った領域に形成されている部分である。延在部１５Ｂは、基部１５Ａからｎ配線電極１３に向かって延在する複数のストライプ形状の部分である。このように、ｐ配線電極１５は、基部１５Ａ及び延在部１５Ｂからなる櫛歯状の形状を有している。
以下、延在部１５Ｂのストライプ形状の長辺に沿った方向をＸ方向と称する。ｐ配線電極１５は、導電体からなり、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ等の金属からなる。
第２の保護膜としてのｐ配線保護膜１７は、ｐ配線電極１５上に設けられている。図１に示すように、ｐ配線保護膜１７は、ｐ配線電極１５の、延在部１５Ｂの基部１５Ａに近い端部に形成されている。また、ｐ配線保護膜１７は、図１に示すように、基部１５Ａの領域まで延在していてもよい。
ｐ配線保護膜１７は、例えばＣｒ、Ｗ、Ｐｔ等の金属膜である。また、例えば、ｐ配線保護膜１７は、クロム酸化膜等の金属酸化膜であってもよく、ＳｉＯ２膜等の絶縁膜であってもよい。さらに、ｐ配線保護膜１７は、Ｃｒ等の金属膜上にＳｉＯ２等の絶縁膜が形成されたものであってもよい。
第３の保護膜としてのｐ配線保護膜１９は、ｐ配線電極１５上に設けられている。図１に示すように、ｐ配線保護膜１９は、延在部１５Ｂの基部１５Ａからの遠位端部、すなわち延在部１５Ｂの先端に形成されている。
延在部１５Ｂの基部１５Ａからの近位端部に形成されたｐ配線保護膜１７と、当該遠位端部に形成されたｐ配線保護膜１９との間に、ｐ配線電極１５が露出している。例えば、ｐ配線保護膜１９は、Ｃｒ等の金属膜、金属酸化膜等の絶縁膜又は金属膜と絶縁膜との組み合わせからなる。
ｎ配線保護膜２１は、ｎ配線電極１３上に設けられている。ｎ配線保護膜２１は、ｎ配線電極１３が形成されているサブマウント基板１２の１の辺に沿って形成されている。ｎ配線保護膜２１は、ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９と同様に、Ｃｒ等の金属膜、金属酸化膜等の絶縁膜又は金属膜と絶縁膜との組み合わせからなる。以下、ｐ配線電極１５のストライプ形状の部分及びｐ配線保護膜１９からなる部分の各々をストライプ部２３と称する。
図２は、実施例１の半導体発光装置１０の半導体発光素子３０の、接合時に図１のサブマウント１１に対向する面を見た上面図である。成長基板３１は、上面視において矩形の形状を有している。成長基板３１は、例えばＡｌＮ基板であり、可視光に対して透光性を有する基板である。他にサファイア、ＳｉＣ等の基板が用いられる。 第１の半導体層としてのｎ型半導体層３３は、成長基板３１上に、成長基板３１の上面を覆うように形成されている。第１の電極としてのｎ電極３５は、ｎ型半導体層３３上に形成されている。ｎ電極３５は、上面視において、ｎ型半導体層３３上の、成長基板３１の１の辺の近傍に、当該１の辺に沿って形成されている。換言すれば、第１の電極としてのｎ電極３５は、ｎ型半導体層３３上の１の辺の近傍に沿って１の領域に形成されている。
複数の発光部３６は、ｎ型半導体層３３上に形成されている。発光部３６の各々の上面にはｐ電極３７が形成されている。第２の電極としてのｐ電極３７は、ｎ型半導体層３３の上方に配されている。ｐ電極３７の各々は、ストライプ形状を有している。ｐ電極３７の各々の形状は、接合時に図１に示したサブマウント基板１２上に形成されたストライプ部２３に対応する形状となっている。
ｐ電極３７は、同形状のｐ型半導体層（図示せず）上に形成されている。当該ｐ型半導体層は、ｎ型半導体層３３上に形成された同形状の活性層（図示せず）上に形成されている。
第１の保護膜としてのｐ電極保護膜３９は、ｐ電極３７の外周部を覆うように形成されている。ｐ電極保護膜３９は、開口部３９ＯＰを有している。換言すれば、ｐ電極３７は、ｐ電極保護膜３９の開口部３９ＯＰの領域でｐ電極保護膜３９から露出している。ｐ電極保護膜３９は、例えばＳｉＯ２等の絶縁体からなる。例えばｐ電極保護膜３９は、他の金属酸化膜であってもよい。ｐ電極保護膜３９は、半導体発光装置１０の出射光に対して光透過性を有する。
ｎ電極保護膜４１は、ｎ電極３５の外周の少なくとも一部に設けられており、ＳｉＯ２等の絶縁体からなる。図２に示すように、ｎ電極保護膜４１は、ｎ電極３５の外周部のうち、ｐ電極３７に隣接する辺及びこれに対向する辺に形成されている。ｎ電極保護膜４１は、半導体発光装置１０の出射光に対して光透過性を有する。
図３は、図１中の一点鎖線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。当該部分Ｂは、図２中の一点鎖線で囲まれた部分Ｂに対応する。図３は、図２の半導体発光素子３０がサブマウント１１上に搭載されている状態におけるｐ電極保護膜３９と、ストライプ部２３との上面視における位置関係を示している。図３において、半導体発光素子３０については、ｐ電極保護膜３９のみを図示し、その他の部分は省略している。
図３に示すように、ｐ電極保護膜３９と、ｐ配線保護膜１７とは、ストライプ部２３の基部１５Ａの近位端部付近で上面視において互いに重なっている領域を有している。また、ｐ電極保護膜３９と、ｐ配線保護膜１９とは、ストライプ部２３の基部１５Ａの遠位端部付近で上面視において互いに重なっている領域を有している。ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９のいずれも、ストライプ部２３のストライプの幅方向（短辺方向）の全体に亘って、ｐ電極保護膜３９と重なっている。
さらに、図３に示すように、ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９は、ｐ電極保護膜３９の開口部３９ＯＰの内側まで延在している。すなわち、ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９は、ｐ電極保護膜３９と重なっている領域を超えて、開口部３９ＯＰの内側まで延在している。
ｐ配線電極１５がｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９から露出している領域をＪＡ１とする。また、開口部３９ＯＰの内側の領域をＪＡ２とする。図３に示すように、領域ＪＡ１の面積よりも領域ＪＡ２の面積の方が大きい。
また、領域ＪＡ１の長辺の長さをＬ１とし、領域ＪＡ２の長辺の長さをＬ２とする。図３に示すように、Ｌ１の長さよりもＬ２の長さの方が大きい。また、図３において、領域ＪＡ２は領域ＪＡ１を包含している。
図４は、図１の半導体発光装置１０を図１中の４－４線で切断した断面図である。上述したように、半導体発光装置１０は、図２に示した半導体発光素子３０が上下反転されてサブマウント１１上に接合されたものである。図４中、サブマウント基板１２を最下層とし、成長基板３３を最上層とした場合の断面の構成が示されている。
上述したように、ｎ型半導体層３３は、半導体発光素子３０の成長基板３１上に形成されている。図４に示すように、第１の電極としてのｎ電極３５は、ｎ型半導体層３３上の１の領域に形成されている。活性層４３は、ｎ型半導体層３３上の他の領域に形成されている。ｐ型半導体層４５は、当該活性層４３上に形成されている。第２の電極としてのｐ電極３７は、ｐ型半導体層４５上に形成されている。活性層４３からの光は、ｎ型半導体層３３側から出射される。従って、成長基板３１のｎ型半導体層３３が形成されている面に対向する主面が光出射面となる。
活性層４３から出射される出射光の波長は、ｎ型半導体層３３、活性層４３及びｐ型半導体層４５の材料及び組成に応じた波長となる。例えば、活性層４３からの出射光の波長は、深紫外領域の波長であってもよく、赤外領域の波長であってもよい。
図４に示すように、ｎ電極３５とｐ電極３７とは、成長基板３１からの距離が異なる位置に形成されている。換言すれば、ｎ電極３５とｐ電極３７との間には、段差が生じている。
第１の保護膜としてのｐ電極保護膜３９は、ｐ電極３７の表面の外周部に形成されて第１の開口部としての開口部３９ＯＰを有している。第１の保護膜３９は、当該開口部３９ＯＰにおいて、第２の電極としてのｐ電極３７を露出している。
なお、図４において、ｐ電極保護膜３９は、ｐ電極３７の表面から連続してｐ型半導体層４５、活性層４３及びｎ型半導体層３３の側面を覆っているが、これに限られない。ｐ電極保護膜３９は、ｐ電極３７の表面に形成されていればよい。
ｎ電極保護膜４１は、ｎ電極３５のｐ電極３７に隣接する外周部及びこれに対向する外周部に形成されている。
第１の配線としてのｎ配線電極１３は、サブマウント基板１２上の、ｎ電極３５と対向する位置に形成されている。
第２の配線としてのｐ配線電極１５は、ｎ配線電極１３から離間して、ｐ電極３７と対向する位置に形成されている。
第１の接合部材４７は、ｎ配線電極１３上に形成された導電性の接合材からなる層である。第１の接合部材４７は、ｎ電極３５のｎ電極保護膜４１から露出している表面と、これに対向するｎ配線電極１３の表面との間に形成されている。第１の接合部材４７は、ｎ電極３５の表面とｎ配線電極１３の表面とを接合している。換言すれば、ｎ電極３５の表面とｎ配線電極１３の表面とは、第１の接合部材４７を介して接合されている。
第１の接合部材４７は、ｎ電極３５及びｎ配線電極１３の材料よりも低い融点を有する材料からなる。例えば、第１の接合部材４７には、低融点はんだ又は共晶はんだを用いることができる。例えば、第１の接合部材４７には、ＡｕＳｎを用いることができる。
第２の接合部材４９は、ｐ配線電極１５上に形成された導電性の接合材からなる層である。第２の接合部材４９は、第１の保護膜３９の開口部３９ＯＰから露出しているｐ電極３７の表面と、これに対向するｐ配線電極１５の表面との間に形成されている。第２の接合部材４９は、ｐ電極３７の表面と、ｐ配線電極１５の表面とを接合している。換言すれば、ｐ配線電極１５は、開口部３９ＯＰと対向する所定の接合領域である接合領域Ｊ■１において第２の接合部材４９に接合されている。また、ｐ電極３７の表面と、ｐ配線電極１５の表面とは、第２の接合部材４９を介して接合されている。
第２の接合部材４９は、ｐ電極３７及びｐ配線電極１５の材料よりも低い融点を有する材料からなる。例えば、第２の接合部材４９には、低融点はんだ又は共晶はんだを用いることができ、例えばＡｕＳｎを用いることができる。
また、第２の接合部材４９は、溶融した際のｐ電極保護膜３９との間の接触角が高く、濡れ性（親和性）が低い。例えば、ｐ電極保護膜３９は、溶融した第２の接合部材４９との間の接触角が９０°より大きい。
上述したように、第２の保護膜としてのｐ配線保護膜１７は、ｐ配線電極１５の表面に形成されている。ｐ配線保護膜１７は、接合領域ＪＡ１のｎ配線電極１３から遠い端部から、ｎ配線電極１３から離れる方向に延在している。
なお、当該接合領域ＪＡ１のｎ配線電極１３から遠い端部と、ｐ配線保護膜１７との間には、ｐ配線電極１５が露出している部分が存在してもよい。すなわち、第２の接合部材４９は、ｐ配線保護膜１７との間にｐ配線電極１５上にスペースを空けて形成されていてもよい。
第２の保護膜としてのｐ配線保護膜１７は、サブマウント基板１２の基板面に垂直な方向において、第１の保護膜３９と重なる領域である重なり領域ＯＬを有している。また、ｐ配線保護膜１７は、成長基板３１の端面よりも半導体発光装置１０の外側に向かって延在している領域ＥＸを有する。
ｐ配線保護膜１７は、第２の接合部材４９よりも融点が高い材料からなる。ｐ配線保護膜１７の表面は、第２の接合部材４９が溶融した際に第２の接合部材４９との間で接触角が高く、濡れ性（親和性）が低い性質を有する。例えば、ｐ配線保護膜１７の表面の、第２の接合部材４９との間の接触角は、９０°より大きい。
第３の保護膜としてのｐ配線保護膜１９は、ｐ配線電極１５の表面の、ｎ配線電極１３に近い端部から延在している。ｐ配線保護膜１９は、第２の接合部材４９よりも融点が高い材料からなる。
当該接合領域ＪＡ１のｎ配線電極１３から遠い端部と、ｐ配線保護膜１９との間には、ｐ配線電極１５が露出している部分が存在してもよい。すなわち、第２の接合部材４９は、ｐ配線保護膜１９との間にスペースを空けて形成されていてもよい。
図３に示したように、ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９は、上面視において開口部３９ＯＰの内側まで延在している。従って、図４におけるＸ方向、すなわちｐ配線電極１５のストライプ形状の長辺に沿った方向において、ｐ配線保護膜１７とｐ配線保護膜１９との間隔Ｌ１は、開口部３９ＯＰの長さＬ２よりも小さい。
ｎ配線保護膜２１は、ｎ配線電極１３上に設けられている。ｎ配線保護膜２１は、ｎ配線電極１３上の、サブマウント基板１２の外周部から第１の接合部材４７に向かって延在している。ｎ配線保護膜２１は、第１の接合部材４７よりも融点が高い材料からなる。例えばｎ配線保護膜２１がＣｒ等の光反射率を有する金属膜を用いて、活性層４３からの出射光を出射面側に反射させることができる。
半導体発光装置１０は、例えば以下のように製造される。図５は、半導体発光装置１０の製造に用いられるサブマウント１１の接合前の状態を示す上面図である。図５に示すように、第１の接合部材４７は、ｎ配線電極１３上のｎ配線電極１３の外周よりも内側の領域に、スパッタ等によりパターンニングされて配置されている。第２の接合部材４９は、ストライプ部２３のｐ配線電極１５の表面上に、ｐ配線電極１５が露出している部分の外周よりも内側の領域にパターンニングされて配置されている。
例えば、図５の状態において、第２の接合部材４９は、ｐ電極保護膜３９から開口部３９ＯＰを介して露出しているｐ電極３７の表面の面積の５０％以下を占めるように配置されている。すなわち、図５の状態において、第２の接合部材４９の上面から見た面積は、接合相手となる半導体発光素子３０のｐ電極３７が開口部３９ＯＰから露出している表面の面積の５０％以下である。また、第２の接合部材４９は、接合領域ＪＡ１よりも小さい面積となるように配置される。
まず、図２に示したような半導体発光素子３０を供給トレーからピックアップし、フリップチップボンダにセットする。また、図５に示したようなサブマウント１１についても同様に供給トレーからピックアップしてセットする。それぞれのアライメントマークが一致するように、カメラ認識によりアライメント処理を行う。
図６は、アライメント処理を行った状態の半導体発光素子３０及びサブマウント１１の断面を示す断面図である。図６に示すように、ｎ電極３５と第１の接合部材４７とが対向し、かつ、ｐ電極３７と第２の接合部材４９とが対向する位置にアライメントされている。また、成長基板３１とサブマウント基板１２とが平行となるようにアライメントされている。
上述したように、ｎ電極３５とｐ電極３７とは、成長基板３１からの距離が異なる。成長基板３１とサブマウント基板１２とが平行となるようにアライメントされている状態において、ｎ配線電極１３とｎ電極３５との間の距離（図６中、ｈ１）よりも、ｐ配線電極１５とｐ電極３７との間の距離（図６中、ｈ２）の方が小さい。
また、図６に示すように、接合前の第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９は、同じ層厚で形成されており、サブマウント基板１２の基板面からの高さが同じ高さ（ｈ２）となっている。
また、上述したように、第２の接合部材４９は、ｐ電極保護膜３９から開口部３９ＯＰを介して露出しているｐ電極３７の表面の面積の５０％以下を占めるように、かつ、接合領域ＪＡ１よりも小さい面積となるように配置されるので、第２の接合部材４９とｐ配線保護膜１７との間及び第２の接合部材４９とｐ配線保護膜１９との間には、ｐ配線電極１５の表面が露出している部分が存在する。
アライメント処理の後、荷重を負荷した状態で半導体発光素子３０及びサブマウント基板１２を加熱し、第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９を所定の時間溶融させる。第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９の酸化を防止するため、加熱処理中は、例えば窒素パージを行って、接合処理室内の酸素を極力少ない状態に保つ。
当該荷重を負荷した状態で加熱する工程（加圧・加熱接合工程）において、第１の接合部材４７は、ｎ電極３５の表面の材料を取込みながらｎ電極３５と接合する。一方、第２の接合部材４９に関しては、上述のようにｐ配線電極１５とｐ電極３７との距離（図６中、ｈ２）がｎ配線電極１３とｎ電極３５との距離（図６中、ｈ１）よりも小さいため、当該加圧・加熱接合工程において、第１の接合部材４７よりも第２の接合部材４９に荷重がかかりやすい。
このため、溶融した第２の接合部材４９は、ｐ配線電極１５の表面及びｐ電極３７の表面との親和性による濡れ広がりに加えて、荷重により押しつぶされることによる広がりを経て、ｐ配線電極１５及びｐ電極３７と接合する。また、第２の接合部材４９は、加圧・加熱接合工程において、例えばＡｕ等の電極の材料を取りこみながら組成変化し、次第に流動性を低下させながら広がる。
より詳細には、接合前の第２の接合部材４９とｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９との間には、ｐ配線電極１５の表面が露出している部分（スペース）が存在する（図６）。第２の接合部材４９は、ｐ配線電極１５の材料（例えば、Ａｕ）を取込みながらｐ配線電極１５の表面（すなわち、スペース部分）を濡れ広がり、溶融した第２の接合部材４９との親和性の低いｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９によってせき止められる。なお、第２の接合部材４９は、ｐ配線電極１５の材料を取込むことで流動性が低下し、広がりを停止してもよい。
また、ｐ配線電極１５の表面が露出している部分のＸ方向における幅（Ｌ１）よりも
ｐ電極３７の表面が露出している部分の幅（Ｌ２）の方が大きい（図６）。従って、第２の接合部材４９は、ｐ電極３７の表面を広がる際に、より大きいスペースが存在する。第２の接合部材４９は、ｐ電極３７の材料（例えば、Ａｕ）を取込みならがらｐ電極３７表面の当該スペースを広がる。スペースが大きいため、より流動性が低下しやすく、開口部３９ＯＰ内で停止する。従って、開口部３９ＯＰ外へ流出し難い。
ｐ電極３７の表面が露出している部分の幅（Ｌ２）の方が大きい（図６）。従って、第２の接合部材４９は、ｐ電極３７の表面を広がる際に、より大きいスペースが存在する。第２の接合部材４９は、ｐ電極３７の材料（例えば、Ａｕ）を取込みならがらｐ電極３７表面の当該スペースを広がる。スペースが大きいため、より流動性が低下しやすく、開口部３９ＯＰ内で停止する。従って、開口部３９ＯＰ外へ流出し難い。
以上の加圧・加熱接合工程の後、冷却工程を経て、半導体発光装置１０が完成される。
上記の製造工程において、第２の接合部材４９が、接合領域ＪＡ１よりも大きい接合領域ＪＡ２においてｐ電極３７の表面を、ｐ電極３７の材料を取り込みながら広がることで、半導体発光装置１０が完成されると、第２の接合部材４９は、台形の断面形状を有する（図４）。図４に示したように、第２の接合部材４９の断面の、ｐ電極３７と接合されている辺を上底とし、ｐ配線電極１５と接合されている辺を下底とすると、上底よりも下底の方が短い。換言すれば、当該第２の接合部材４９の断面は逆テーパ形状を有する。
また、当該台形の上底、すなわちｐ電極３７に近づくにつれて、組成が変化している。特に、当該上底の両端部分において、ｐ電極３７の材料の成分が多くなる。例えば、第２の接合部材４９をＡｕＳｎとし、ｐ電極３７をＡｕ電極とした場合、当該台形の上底の両端部分に該当する箇所に近づくほど、第２の接合部材４９の組成中のＡｕ濃度が高くなる。
重なり領域ＯＬ（図４）や、ｐ配線保護膜１７が延在している領域ＥＸ（図４）を有する構成に加えて、接合前の状態において、第２の接合部材４９は、ｐ電極保護膜３９から開口部３９ＯＰを介して露出しているｐ電極３７の表面の面積の５０％以下を占めるように配置する（図５）ことで、第２の接合部材４９の接合領域外への流出をより確実に防止することができる。
なお、接合前の状態において、第２の接合部材４９は、ｐ電極保護膜３９から開口部３９ＯＰを介して露出しているｐ電極３７の表面の面積の５０％以下を占めるように配置する例について説明したが（図５）、これに限られない。例えば、第２の接合部材４９を、ｐ電極保護膜３９か開口部３９ＯＰを介して露出しているｐ電極３７の表面の面積の５０％以上を占めるように配置した場合、すなわち第２の接合部材４９の分量を増やした場合であっても、ｐ配線保護膜１７及びｐ配線保護膜１９によって第２の接合部材４９せき止めることができる。
例えば、重なり領域ＯＬ（図４）や、ｐ配線保護膜１７が延在している領域ＥＸ（図４）が、溶融した第２の接合部材４９をせき止めて接合領域外への流出を防止することに寄与する。
なお、接合前の第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９を同じ膜厚で形成しても、流出を防止できる。従って、第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９の形成工程を一度に行うことができ、製造時のコスト及び時間の削減が可能である。また、第１の接合部材４７と第２の接合部材４９とを同じ膜厚で形成して同じ高さとすることで、位置合わせ精度を高くすることができる。
以上、説明したように、本実施例の半導体発光装置１０は、ｎ型半導体層３３上に形成されたｎ電極３５及びｐ型半導体層４５上に形成されたｐ電極３７を有する半導体発光素子３０と、１の面上にｎ配線電極１３及びｐ配線電極１５が形成されたサブマウント基板１２とを有する。ｎ電極３５とｎ配線電極１３、ｐ電極３７とｐ配線電極１５はそれぞれ対向し、第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９を介して接合されている。ｐ配線電極１５の表面に、当該表面の第２の接合部材４９との接合領域ＪＡ１のｎ配線電極１３から遠い端部からｎ配線電極１３から離れる方向に延在する第２の保護膜１７が形成されている。
このような構成により、接合の際の、第１の接合部材４７及び第２の接合部材４９を溶融させて荷重を負荷する工程を経ても、ｐ配線電極１５の表面の接合に不要な領域にまで第２の接合部材４９が形成されることなく、リークやショートの発生を確実に防止できる。
従って、活性層からの所望の出射光が得られる。また、第２の接合部材４９の十分な接合強度が得られ、熱伝導、電気抵抗に関しても良好な接合状態が得られる。
従って、本実施例の半導体発光装置１０によれば、リークやショートが無く、高品質かつ歩留まりの高いフリップチップ型の半導体発光装置を提供することができる。
図７は、本発明の実施例２に係る半導体発光装置５０の構成を示す断面図である。図７は、図４の場合と同様に、ｐ配線電極１５のストライプ形状の長辺に沿った方向（図中、Ｘ方向）の断面を示す。
半導体発光装置５０は、第２の保護膜としてのｐ配線保護膜１７、第３の保護膜としてのｐ配線保護膜１９及び第２の接合部材４９の代わりにｐ配線保護膜５１、ｐ配線保護膜５３及び第２の接合部材５５を有する点において実施例１の半導体発光装置１０と異なり、その余の点については実施例１の半導体発光装置１０と同様に構成されている。
図７に示すように、ｐ配線保護膜５１は、ｐ電極保護膜３９の開口部３９ＯＰのｎ電極３５から遠い端部よりも、Ｘ方向においてｎ配線電極１３から遠い位置から、ｎ配線電極１３から離れる方向に向かって延在している。
ｐ配線保護膜５３は、開口部３９ＯＰのｎ電極３５に近い端部よりもＸ方向においてｎ配線電極１３に近い位置から、ｎ配線電極１３に近づく方向に向かって延在している。
このような構成により、Ｘ方向における開口部３９ＯＰの幅Ｌ２よりも、ｐ配線電極１５の表面がｐ配線保護膜５１及びｐ配線保護膜５３から露出している部分の幅Ｌ３の方が大きい。
第２の接合部材５５は、ｐ配線電極１５の表面がｐ配線保護膜５１及びｐ配線保護膜５３から露出している部分ＪＡ３を接合領域として、ｐ配線電極１５の表面に接合されている。また、第２の接合部材５５は、開口部３９ＯＰにおいて、ｐ電極３７の表面に接合されている。すなわち、領域ＪＡ３は、領域ＪＡ２を包含している。また、上述のように、幅Ｌ２よりも幅Ｌ３の方が大きく、第２の接合部材５５の断面は、テーパ形状を有している。
半導体発光装置５０は、半導体発光装置１０の場合と同様に、加圧・加熱接合工程を経て製造される。加圧・加熱接合工程において、溶融した第２の接合部材５５は、ｐ配線電極１５の表面及びｐ電極３７の表面を、Ａｕ等の電極材料を取り込みながら濡れ広がり、ｐ配線保護膜５１及びｐ配線保護膜５３によってせき止められる。
図７に示すように、ｐ電極保護膜３９とｐ配線保護膜５１とは、上面視における重なり領域ＯＬを有している。また、ｐ配線保護膜５１は、接合領域ＪＡ３のｎ配線電極１３から遠い端部から、ｐ配線保護膜５がＥＸ方向に延在している。当該ｐ配線保護膜５１の重なり領域及び延在している領域によって、溶融した第２の接合部材５５をせき止めることができる。
従って、本実施例の半導体発光装置５０によれば、接合部材がリークやショートに関わる領域に到達することを防止することができ、高品質かつ歩留まりの高い半導体発光装置を提供することができる。
上述した実施例及び製造方法における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。
１０、５０ 半導体発光装置
１１ サブマウント
１２ サブマウント基板
１３ ｎ配線電極
１５ ｐ配線電極
１７、５１ ｐ配線保護膜
１９、５３ ｐ配線保護膜
２１ ｎ配線保護膜
２３ ストライプ部
３０ 半導体発光装置
３１ 成長基板
３３ 第１の半導体層（ｎ型半導体層）
３５ 第１の電極（ｎ電極）
３７ 第２の電極（ｐ電極）
３９ 第１の保護膜（ｐ電極保護膜）
３９ＯＰ 第１の開口部（開口部）
４０ 発光部
４１ ｎ電極保護膜
４３ 活性層
４５ 第２の半導体層（ｐ型半導体層）
４７ 第１の接合部材
４９、５５ 第２の接合部材
１１ サブマウント
１２ サブマウント基板
１３ ｎ配線電極
１５ ｐ配線電極
１７、５１ ｐ配線保護膜
１９、５３ ｐ配線保護膜
２１ ｎ配線保護膜
２３ ストライプ部
３０ 半導体発光装置
３１ 成長基板
３３ 第１の半導体層（ｎ型半導体層）
３５ 第１の電極（ｎ電極）
３７ 第２の電極（ｐ電極）
３９ 第１の保護膜（ｐ電極保護膜）
３９ＯＰ 第１の開口部（開口部）
４０ 発光部
４１ ｎ電極保護膜
４３ 活性層
４５ 第２の半導体層（ｐ型半導体層）
４７ 第１の接合部材
４９、５５ 第２の接合部材
Claims (10)
- 第１の導電型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上面の１の領域に形成された第１の電極と、
前記第１の半導体層の前記上面の他の領域に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第１の導電型と反対の導電型の第２の導電型の第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第２の電極と、
前記第２の電極の表面に形成されかつ前記第２の電極の表面を露出する第１の開口部を有する絶縁体からなる第１の保護膜と、
前記第１の電極上に設けられた導電体からなる第１の接合部材と、
前記第１の開口部によって露出された表面に設けられた導電体からなる第２の接合部材と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に対向する１の面を有する基板と、
前記基板の前記１の面の前記第１の電極と対向する位置に形成され前記第１の接合部材に接合されている導電体からなる第１の配線と、
前記基板の前記１の面の前記第２の電極と対向する位置に前記第１の配線から離間して形成され、表面の前記第１の開口部と対向する所定の接合領域の少なくとも一部において前記第２の接合部材に接合されている導電体からなる第２の配線と、
前記第２の配線の表面に形成されかつ前記接合領域の前記第１の配線から遠い端部から前記第１の配線から離れる方向に延在し、前記基板に垂直な方向において、前記第１の保護膜と重なる領域を有する第２の保護膜と、
前記第２の配線の表面に形成されかつ前記接合領域の前記第１の配線から近い端部から前記第２の配線の前記第１の配線から近い端部に向かって延在し、前記基板に垂直な方向において前記第１の保護膜と重なる領域を有する第３の保護膜と、を有し、
前記第２の保護膜は、前記第２の配線上において、前記基板に垂直な方向から見て前記第１の開口部の内側まで延在し、
前記第３の保護膜は、前記第２の配線上において、前記基板に垂直な方向から見て前記第１の開口部の内側まで延在し、
前記第１の開口部によって露出された前記第２の電極の表面の面積は、前記第２の配線の前記接合領域の面積よりも大きく、
前記第１の保護膜、前記第２の保護膜、及び前記第３の保護膜は、前記第２の接合部材が溶融した際の前記第２の接合部材との親和性が前記第２の電極及び前記第２の配線よりも低いことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記第２の接合部材は、台形の断面形状を有し、前記第２の電極と接する上底よりも前記第２の配線と接する下底の方が短いことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
- 前記第２の電極と前記第２の配線との距離は、前記第１の電極と前記第１の配線との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
- 上面視において、前記第１の開口部は、前記第２の配線の表面のうち前記接合領域を包含することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 第１の導電型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上面の１の領域に形成された第１の電極と、
前記第１の半導体層の前記上面の他の領域に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第１の導電型と反対の導電型の第２の導電型の第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第２の電極と、
前記第２の電極の表面に形成されかつ前記第２の電極の表面を露出する第１の開口部を有する絶縁体からなる第１の保護膜と、
前記第１の電極上に設けられた導電体からなる第１の接合部材と、
前記第１の開口部によって露出された表面に設けられた導電体からなる第２の接合部材と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に対向する１の面を有する基板と、
前記基板の前記１の面の前記第１の電極と対向する位置に形成され前記第１の接合部材に接合されている導電体からなる第１の配線と、
前記基板の前記１の面の前記第２の電極と対向する位置に前記第１の配線から離間して形成され、表面の前記第１の開口部と対向する所定の接合領域の少なくとも一部において前記第２の接合部材に接合されている導電体からなる第２の配線と、
前記第２の配線の表面に形成されかつ前記接合領域の前記第１の配線から遠い端部から前記第１の配線から離れる方向に延在し、前記基板に垂直な方向において、前記第１の保護膜と重なる領域を有する第２の保護膜と、
前記第２の配線の表面に形成されかつ前記接合領域の前記第１の配線から近い端部から前記第２の配線の前記第１の配線から近い端部に向かって延在し、前記基板に垂直な方向において前記第１の保護膜と重なる領域を有する第３の保護膜と、を有し、
前記第１の保護膜は、前記第２の電極の表面の、前記基板に垂直な方向において前記第２の保護膜と重なる領域を超えて、前記接合領域と重なる領域まで延在し、
前記第１の保護膜は、前記第２の電極の表面の、前記基板に垂直な方向において前記第３の保護膜と重なる領域を超えて、前記接合領域と重なる領域まで延在し、
前記第２の配線の前記接合領域の面積は、前記第１の開口部によって露出された前記第２の電極の表面の面積よりも大きく、
前記第１の保護膜、前記第２の保護膜、及び前記第３の保護膜は、前記第２の接合部材が溶融した際の前記第２の接合部材との親和性が前記第２の電極及び前記の配線よりも低いことを特徴とする半導体発光装置。 - 前記第２の接合部材は、前記第２の電極と接する上底よりも前記第２の配線と接する下底の方が長い台形の断面形状を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
- 上面視において、前記接合領域は、前記第１の開口部を包含することを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体発光装置。
- 前記第２の電極は、ストライプ状に形成されており、
前記第２の配線は、前記第２の電極に対応する複数のストライプ形状の部分を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。 - 前記第２の保護膜及び前記第３の保護膜は、前記第２の接合部材よりも融点が高い材料からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
- 前記第２の保護膜及び前記第３の保護膜は、金属膜、金属酸化膜を含む絶縁膜、又は金属膜上に絶縁膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
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