JP7368696B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
1.発光装置201の構造
本開示の発光装置の第1の実施形態を説明する。図1は、本開示の発光装置の第1の実施形態の一例を示す発光装置201の断面図である。発光装置201は、発光素子101と、接合部材140と、実装基板150とを備え、発光素子101は接合部材140によって実装基板150に実装されている。発光素子101は、光が出射する光取り出し面101aと、光取り出し面101aの反対側に位置する電極面101bとを有し、電極面101bが実装基板150と対向している。
基板10は、半導体積層構造20をエピタキシャル成長させるための基板であり、半導体積層構造20を支持する。基板10は、半導体積層構造20が発する光の波長に対して透光性を有する。基板10としては、例えば、半導体積層構造20が窒化物半導体からなる場合は、サファイア基板を用いることができる。基板10は半導体積層構造20が形成された後、除去されてもよい。また、基板10は、半導体積層構造20を支持するためにのみ機能してもよい。この場合、半導体積層構造20が他の支持基板に形成され、半導体積層構造20が、他の支持基板から剥離され基板10に接合される。
半導体積層構造20は基板10上に支持されており、n側半導体層21と、活性層22と、p側半導体層23とを含む。半導体積層構造20において、活性層22は、n側半導体層21とp側半導体層23とに挟まれている。半導体積層構造20は、基板10側から、n側半導体層21と、活性層22と、p側半導体層23とがこの順に形成され、n側半導体層21は基板10と接している。
光反射電極31は、p側半導体層23の上面に設けられる。図2Dは光反射電極31の構造を説明するための平面図である。光反射電極31は、活性層22から出射する光のうち、電極面101b側へ向かう光を反射し、光取り出し面101a側に向かわせる。また、光反射電極31は、後述するp電極構造50から供給される電流を均一にp側半導体層23に拡散させる部材としても機能する。光反射電極31は、半導体積層構造20の上面20aを構成するp側半導体層23の下面の略全体を覆って配置される。光反射電極31は、段差部20rおよび穴20hが設けられた領域には配置されていない。また、光反射電極31は、穴20hに対応する場所に位置し、穴20hよりも大きい穴31hを有している。
第1絶縁層32は、光反射電極31を構成する金属材料のマイグレーションを防止するためのバリア層である。特に光反射電極31として、マイグレーションを起こしやすいAgまたはAgを主成分とする合金を用いる場合には、第1絶縁層32を設けることが好ましい。第1絶縁層32は、光反射電極31のうち、半導体積層構造20と接していない部分を覆うことが好ましい。具体的には、光反射電極31の下面の一部および側面を覆うことが好ましい。図2Eは、第1絶縁層32の構造を説明するための平面図である。第1絶縁層32は、半導体積層構造20の穴20hが設けられている領域に対応して設けられた第1貫通孔32hを有する。第1絶縁層32は、光反射電極31の一部を露出する複数の第2貫通孔32gを有する。
n電極構造40およびp電極構造50は第2絶縁層33上に配置される。n電極構造40は第3貫通孔33hを介して半導体積層構造20のn側半導体層21と接続され、p電極構造50は、第4貫通孔33gおよび第2貫通孔32gを介して光反射電極31と接続される。光反射電極31は、p側半導体層23と接続されているので、p電極構造50は、p側半導体層23と電気的に接続される。n電極構造40およびp電極構造50は、実装基板150にフリップチップボンディングが可能な電極構造、および、実装基板150から半導体積層構造20へ電力を供給する経路を提供する。
接合部材140は、リフロー法などによって、発光素子101を実装基板150に接合することが可能な接合部材である。具体的には、接合部材140は、AuSn、AgSn、CuSnからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
実装基板150は、発光素子101を支持し、発光素子101に電力を供給する。図1に示すように、実装基板150は、基体151と基体151の上面に配置された導電性パターン152とを含む。基体151は、絶縁性材料によって形成されていてもよいし、導電性材料によって形成されていてもよい。例えば、実装基板150は、絶縁性樹脂からなる基体151の上面に導体配線が印刷されたプリントあるいはフレキシブル基板であってもよい。より具体的には、銅箔などからなる導電性パターンが表面に設けられたガラスエポキシ基板、あるいは、絶縁性樹脂で結合された金属体の基板などを好適に用いることができる。また、アルミニウムや銅からなる金属材料に絶縁性材料を介して導体配線が施された基板を用いてもよい。アルミニウムや銅からなる金属材料を用いた基板は高い放熱性を有する。また、実装基板150は、発光素子101を収納する凹部を有する樹脂パッケージであってもよい。この場合、実装基板150は、絶縁性を樹脂および導電性を有するリード電極によって構成される。
次に発光装置201の製造方法を説明する。図3は、発光装置201の製造法方法の一例を示すフローチャートであり、図4A~図4Lは、発光装置201の製造法方法の一例を示す工程断面図である。以下の製造方法において、特に言及しない場合には、半導体装置の製造に一般的に用いられる、CVD装置、真空蒸着装置、スパッタ装置、露光装置、現像装置等を用いた薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術などを用いて各工程を行うことができる。
まず、基板上に、半導体積層構造を形成する。図4Aに示すように、サファイアなどからなる基板10の上面にn側半導体層21、活性層22およびp側半導体層23を順次エピタキシャル成長させ、基板10に支持された半導体積層構造20を形成する。
図4Eに示すように、半導体積層構造20上にn側電極41およびp側電極51を形成する。n側電極41およびp側電極51は、例えば、第2絶縁層33全体を覆うように、電極を構成する金属材料の膜を形成した後、マスクを用いてパターニングを行うことによって形成する。
図4Fに示すように、n側電極41上に位置する第1開口61nおよびp側電極51上に位置する第2開口61pを有する第1フォトレジスト層61を形成する。第1フォトレジスト層61は、第2絶縁層33、光反射電極31および第1絶縁層32を介して半導体積層構造20に支持される。
図4Gに示すように、第1フォトレジスト層61の第1開口61nおよび第2開口61p内に第1導電層42、52をめっき法により形成する。具体的には、n側電極41およびp側電極51を電解めっき液に浸漬し、n側電極41およびp側電極51を陰極として、電解めっきを行う。これにより、第1開口61nおよび第2開口61p内に露出したn側電極41およびp側電極51上に第1導電層42、52がそれぞれ形成される。
図4Hに示すように、第1フォトレジスト層61の第1開口61nおよび第2開口61p内に位置する第1導電層42、52上に第1金属層43、53を形成する。第1金属層43、53は、例えば、めっき法により好適に形成することができる。
図4Iに示すように、第1フォトレジスト層61の第1開口61nおよび第2開口61p内に位置する第1金属層43、53上に第2導電層44、54をめっき法により形成する。具体的には、第1金属層43、53を電解めっき液に浸漬し、第1金属層43、53を陰極として、電解めっきを行う。これにより、第1開口61nおよび第2開口61p内に露出した第1金属層43、53上に第2導電層44、54が形成される。
図4Jに示すように、第1フォトレジスト層61を除去する。これにより、図2Aに示すように、n側電極41、第1導電層42、第1金属層43および第2導電層44を含むn電極構造40および、p側電極51、第1導電層52、第1金属層53および第2導電層54を含むp電極構造50を備えた発光素子101が完成する。
図4Kに示すように、実装基板150を用意し、実装基板150の導電性パターン152上に接合部材のペースト141を印刷法などによって配置する。その後、発光素子101をn電極構造40の上面およびp電極構造50上面が、実装基板150と対向する向きで、発光素子101を実装基板150に位置合わせし、n電極構造40の上面およびp電極構造50上面をペースト141と接触させる。
本開示の発光装置の第2の実施形態を説明する。図5Aは、本開示の発光装置の第2の実施形態の一例を示す発光装置202の断面図である。発光装置202は、発光素子102と、接合部材140と、実装基板150とを備え、発光素子102は接合部材140によって実装基板150に実装されている。図5Bおよび図5Cは、発光素子の断面図および平面図である。
本開示の発光装置の第3の実施形態を説明する。図6Aは、本開示の発光装置の第3の実施形態の一例を示す発光装置203の断面図である。発光装置203は、発光素子103と、接合部材140と、実装基板150とを備え、発光素子103は接合部材140によって実装基板150に実装されている。図6Bは、発光素子103の断面図である。発光素子103は、n電極構造40が第2金属層45と、第3導電層46とを備えている点で第2の実施形態の発光素子102と異なる。さらに、p電極構造50において、第2金属層55と、第3導電層56とを備えている点で第2の実施形態の発光素子102と異なる。
図8Bに示すように、第3フォトレジスト層63を第2フォトレジスト層62上に形成する。第3フォトレジスト層63は、第3開口62nおよび第4開口62pよりもそれぞれ大きく、平面視において、第3開口62nおよび第4開口62pを含む領域に位置する第5開口63nおよび第6開口63pを有する。
図8Bに示すように、第3フォトレジスト層63の第5開口63nおよび第6開口63p内の第2導電層44、54および第2フォトレジスト層62上に、第2金属層45、55をめっき法により形成する。
第3フォトレジスト層63の第5開口63nおよび第6開口63p内の第2金属層45、55上に第3導電層46、56をめっき法により形成する。
第1フォトレジスト層61、第2フォトレジスト層62および第3フォトレジスト層63を除去する。これにより、第1金属層43、53および第2金属層45、55がパターニングされる。そして、上述した図6Bに示すように、n側電極41、第1導電層42、第1金属層43、第2導電層44、第2金属層45および第3導電層46を含むn電極構造40、および、p側電極51、第1導電層52、第1金属層53、第2導電層54、第2金属層55および第3導電層56を含むp電極構造50を備えた発光素子103が完成する。
本開示の発光装置の第4の実施形態を説明する。図9Aは、本開示の発光装置の第4の実施形態の一例を示す発光装置204の断面図である。発光装置204は、発光素子104と、接合部材140と、実装基板150とを備え、発光素子104は接合部材140によって実装基板150に実装されている。図9Bは、発光素子104の断面図である。発光素子104は、発光素子101とは異なるn電極構造40’およびp電極構造50’を備えている。
図11Cに示すように、第1金属層43、53上に第1開口61nおよび第2開口61pよりもそれぞれ小さく、平面視において、第1開口61nおよび第2開口61p内に位置する第3開口62nおよび第4開口62pを有する第2フォトレジスト層62を形成する。
第2フォトレジスト層62をマスクとして、第1金属層43、53をエッチングし、第1開口61nおよび第2開口61p内において、図11Dに示すように、第3開口62nおよび第4開口62pに対応した大きさで、第1導電層42、52を露出させる。第1金属層43、53のエッチングには、例えば、ドライエッチン法を用いることができる。これにより、第1金属層43、53の一部がエッチングされ、平面視において、環状を有する第1金属層43’、53’が形成される。
図11Eに示すように、第3開口62nおよび第4開口62p内の第1導電層42、52上に、めっき法により、第2導電層44’、54’を形成する。具体的には、基板10全体を電解めっき液に浸漬し、n側電極41およびp側電極51を陰極として、電解めっきを行う。これにより、第3開口62nおよび第4開口62p内において、第1導電層42、52と接続された第2導電層44’、54’が形成される。
第1フォトレジスト層61および第2フォトレジスト層62を除去する。これにより、図9Bに示すように、第1金属層43、53がパターニングされる。そして、n側電極41、第1導電層42、第1金属層43’および第2導電層44’を含むn電極構造40および、p側電極51、第1導電層52、第1金属層53’および第2導電層54’を含むp電極構造50を備えた発光素子104が完成する。
本開示の発光装置は、上記実施形態に限られず、種々の改変が可能である。例えば、実装基板に実装される発光素子は1つに限られず、発光装置は、実装基板に実装された複数の発光素子を備えていてもよい。また、上述したように、実装基板は板状に限られず、リードを含む樹脂パッケージの底部であってもよい。また、上記実施形態では、n電極構造およびp電極構造の両方が、第1金属層を含んでいたが、発光装置は、n電極構造およびp電極構造にいずれか一方が第1金属層を含んでいれば、第1金属層を含む電極構造において上記効果を得ることができる。
基板上に、活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp型半導体層およびn型半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に支持され、n電極構造およびp電極構造に対応する第1および第2開口を有する第1フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層の前記第1および第2開口内に第1導電層をめっき法により形成する工程と、
前記第1および第2開口内の前記第1導電層上にめっき法またはスパッタ法により、第1金属層を形成する工程と、
前記第1および第2開口内の前記第1金属層上に、めっき法により、第2導電層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層を除去することにより、前記半導体構造に支持されており、前記第1金属層の側面が露出した前記第1電極構造および前記第2電極構造を形成する工程と、
を含み、
前記第1金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層よりも小さい、半導体装置の製造方法。
基板上に、活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp型半導体層およびn型半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に支持され、第1電極構造および第2電極構造に対応する第1および第2開口を有する第1フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層の前記第1および第2開口内に第1導電層をめっき法により形成する工程と、
前記第1および第2開口内の前記第1導電層上に、めっき法またはスパッタ法により、第1金属層を形成する工程と、
前記第1開口および前記第2開口よりもそれぞれ小さく、平面視において、前記第1開口および前記第2開口に内に位置する第3開口および第4開口を有する第2フォトレジスト層を前記第1フォトレジスト層および前記第1金属層上に形成する工程と、
前記第3および第4開口内の前記第1金属層上に、めっき法により、第2導電層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層および前記第2フォトレジスト層を除去することにより、前記半導体構造に支持されており、前記第1金属層の側面および前記第1金属層の上面の外縁部が露出した前記第1電極構造および前記第2電極構造を形成する工程と、
を含み、
前記第1金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層よりも小さい、半導体装置の製造方法。
基板上に、活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp型半導体層およびn型半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に支持され、第1電極構造および第2電極構造に対応する第1および第2開口を有する第1フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層の前記第1および第2開口内に、前記第1フォトレジスト層と略同じ厚さを有する第1導電層をめっき法により形成する工程と、
前記第1開口および前記第2開口よりもそれぞれ大きく、平面視において、前記第1開口および前記第2開口を含む第3開口および第4開口を有する第2フォトレジスト層を前記第1フォトレジスト層上に形成する工程と、
前記第3および第4開口内の前記第1フォトレジスト層および第1導電層上に、めっき法またはスパッタ法により、第1金属層を形成する工程と、
前記第3および第4開口内の前記第1金属層上に、めっき法により、第2導電層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層および前記第2フォトレジスト層を除去することにより、前記半導体構造に支持されており、前記第1金属層の側面および前記第1金属層の下面の外縁部が露出した前記第1電極構造および前記第2電極構造を形成する工程と、
を含み、
前記第1金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層よりも小さい、半導体装置の製造方法。
基板上に、活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp型半導体層およびn型半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に支持され、第1電極構造および第2電極構造に対応する第1および第2開口を有する第1フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層の前記第1および第2開口内に第1導電層をめっき法により形成する工程と、
前記第1および第2開口内の前記第1導電層上にめっき法またはスパッタ法により、第1金属層を形成する工程と、
前記第1開口および前記第2開口よりもそれぞれ小さく、平面視において、前記第1開口および前記第2開口に内に位置する第3開口および第4開口を有する第2フォトレジスト層を前記第1フォトレジスト層および前記第1金属層上に形成する工程と、
前記第3および第4開口内の前記第1金属層上に、めっき法により、前記第2フォトレジスト層と同じ厚さを有する第2導電層を形成する工程と、
前記第3開口および前記第4開口よりもそれぞれ大きく、平面視において、前記第3開口および前記第4開口を含む第5開口および第6開口を有する第3フォトレジスト層を前記第2フォトレジスト層上に形成する工程と、
前記第2フォトレジスト層上および前記第1金属層上にめっき法またはスパッタ法により、第2金属層を形成する工程と、
前記第5および第6開口内の前記第2金属層上に、めっき法により、第3導電層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層、前記第2フォトレジスト層および前記第3フォトレジスト層を除去することにより、前記半導体構造に支持されており、前記第1金属層の側面、前記第1金属層の上面の外縁部、前記第2金属層の側面および前記第2金属層の下面の外縁部が露出した前記第1電極構造および前記第2電極構造を形成する工程と、
を含み、
前記第1金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層よりも小さく、前記第2金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第3導電層よりも小さい、半導体装置の製造方法。
基板上に、活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp型半導体層およびn型半導体層とを含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に支持され、第1電極構造および第2電極構造に対応する第1および第2開口を有する第1フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層の前記第1および第2開口内に第1導電層をめっき法により形成する工程と、
前記第1および第2開口内の前記第1導電層上にめっき法またはスパッタ法により、第1金属層を形成する工程と、
前記第1開口および前記第2開口よりもそれぞれ小さく、平面視において、前記第1開口および前記第2開口に内に位置する第3開口および第4開口を有する第2フォトレジスト層を前記第1フォトレジスト層および前記第1金属層上に形成する工程と、
前記第2フォトレジスト層をマスクとして、前記第1金属層をエッチングし、前記第1開口および前記第2開口内に前記第1導電層を露出させる工程と、
前記第3および第4開口内の前記第1導電層上に、めっき法により、第2導電層を形成する工程と、
前記第1フォトレジスト層および前記第2フォトレジスト層を除去することにより、前記半導体構造に支持されており、前記第1金属層が前記第1導電層の上面の露出した部分および前記第2導電層の側面の一部を覆っており、前記第1金属層の側面および上面は露出している、前記第1電極構造および前記第2電極構造を形成する工程と、
を含み、
前記第1金属層の、接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層よりも小さい、半導体装置の製造方法。
20 半導体積層構造
20a、42a、43a、44a、52a、53a、54a、55a 上面
20b、42b、43b、44b、52b、53b、54b、55b 下面
20h 穴
20r 段差部
21 n側半導体層
22 活性層
23 p側半導体層
31 光反射電極
32 第1絶縁層
32h 第1貫通孔
32g 第2貫通孔
33 第2絶縁層
33h 第3貫通孔
33g 第4貫通孔
34 隙間
40、40’ n電極構造
41 n側電極
42、52 第1導電層
43、43’53、53’ 第1金属層
43s、44s、53s 側面
44、44’、54、54’ 第2導電層
45、45’、55、55’ 第2金属層
46、56 第3導電層
50、50’ p電極構造
51 p側電極
61 第1フォトレジスト層
61n 第1開口
61p 第2開口
62 第2フォトレジスト層
62n 第3開口
62p 第4開口
63 第3フォトレジスト層
63n 第5開口
63p 第6開口
101~104 発光素子
101a 光取り出し面
101b 電極面
140 接合部材
141 ペースト
150 実装基板
151 基体
152 導電性パターン
201~204 発光装置
Claims (10)
- 活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp側半導体層およびn側半導体層とを含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上面に配置され、前記p側半導体層と電気的に接続されたp電極構造と、前記n側半導体層と電気的に接続されたn電極構造と、
前記p電極構造および前記n電極構造の上面が接合部材により接合される実装基板と、を備え、
前記p電極構造およびn電極構造の少なくとも一方は、
前記半導体積層構造と電気的に接続された第1導電層と、
前記第1導電層の上面に配置され、前記第1導電層の上面よりも小さい下面を有する第2導電層と、
前記第1導電層の上面の周縁部に配置された第1金属層と、
を備え、
前記第1金属層の前記接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層の前記接合部材に対する濡れ性よりも小さく、
前記第1金属層の側面および上面は、前記第1導電層および前記第2導電層から露出している、発光装置。 - 活性層と、前記活性層を挟んで配置されたp側半導体層およびn側半導体層とを含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上面に配置され、前記p側半導体層と電気的に接続されたp電極構造と、前記n側半導体層と電気的に接続されたn電極構造と、
実装基板と、
前記p電極構造および前記n電極構造の上面と前記実装基板の間に位置する接合部材と、
を備え、
前記p電極構造およびn電極構造の少なくとも一方は、
前記半導体積層構造に電気的に接続された第1導電層と、
前記第1導電層の上面に配置された第1金属層と、
前記第1金属層の上面に配置された第2導電層と、
前記第2導電層の上面に配置された第2金属層と、
前記第2金属層の上面に配置された第3導電層と、
を含み、
前記第1金属層の前記接合部材に対する濡れ性は、前記第2導電層の前記接合部材に対する濡れ性よりも小さく、
前記第1金属層の側面は、前記第1導電層および前記第2導電層から露出しており、
前記第2金属層の接合部材に対する濡れ性は、前記第3導電層よりも小さく、前記第2金属層の側面は前記第2導電層および前記第3導電層から露出しており、
前記第1金属層の前記上面は、前記第2導電層の下面よりも大きく、前記第1金属層の上面は、前記第1金属層の上面の周縁部において前記第2導電層から露出しており、
前記第2金属層の下面は、前記第2導電層の上面よりも大きく、前記第2金属層の下面の一部は、前記第2金属層の下面の周縁部において前記第2導電層から露出している、発光装置。 - 前記第1導電層の厚さは、5μm以上25μm以下である、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記第1導電層および前記第2導電層は、Cu又はAuを含む、請求項1から3のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第1金属層は、Ti、Cr、Ni、WおよびMoからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第1金属層の厚さは、100nm以上5μm以下である、請求項1から5のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第3導電層は、Cu又はAuを含む、請求項2に記載の発光装置。
- 前記第2金属層は、Ti、Cr、Ni、WおよびMoからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項2に記載の発光装置。
- 前記第2金属層の厚さは、100nm以上5μm以下である、請求項2に記載の発光装置。
- 前記接合部材は、AuSn、AgSn、CuSnからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1から9のいずれかに記載の発光装置。
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