光半導体装置
【課題】低コストで大量生産が可能であり、半導体発光素子と同程度に小型化することも可能な光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
【解決手段】第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
小型で低消費電力の発光素子として、赤、緑、青などの可視光帯のみならず、赤外光から紫外光にいたる幅広い波長帯で各種の半導体発光素子が利用されている。また例えば、青色LED(Light Emitting Diode)などの半導体発光素子と、蛍光体と、を組み合わせることで白色光を発する光半導体装置も開発されている。
【0003】
現在製品化されている最も汎用な光半導体装置は、基板の上に半導体層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子を用いている。すなわち、GaAsやGaP、サファイヤなどの基板の上に半導体層をエピタキシャル成長させ、電極などを形成した後に分割することにより、ひとつひとつの半導体発光素子を得る。そして、このようにして得られた半導体発光素子を、リードフレームや、SMD(Surface Mounting Device)型の筐体、各種の実装基板などにマウントし、所定の配線を施すとともに、透明樹脂で半導体発光素子を封止することにより、光半導体装置が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−183407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施形態は、低コストで大量生産が可能であり、半導体発光素子と同程度に小型化することも可能な光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
また、実施形態によれば、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
【0007】
また、実施形態によれば、基板の上に複数の半導体層を含む半導体積層体をエピタキシャル成長させた後に前記基板から分離した前記半導体積層体の第1の主面側に正極及び負極の複数の組を形成して、発光層を形成する工程と、前記発光層の前記第1の主面とは反対側の第2の主面側に、前記発光層から放出される光に対する透光性を有する透光層を形成する工程と、前記正極及び負極の組ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1(a)は本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を示す平面図である。
【図2】第1実施形態の第2の具体例を表す模式図である。
【図3】第1実施形態の第3の具体例を表す模式図である。
【図4】第1実施形態の第4の具体例を表す模式図である。
【図5】第1実施形態の第5の具体例を表す模式図である。
【図6】第2実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(a)に対応する断面図である。
【図7】第3実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図8】第4実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図9】第5実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図10】第6実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図11】第7実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図12】(a)は、第8実施形態に係る光半導体装置の概略構成を表す断面図であり、(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を表す平面図である。
【図13】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図14】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図15】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図16】第10実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図17】第11実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図18】第12実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図19】第13実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図20】第14実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について、図1を参照しつつ説明する。
【0011】
図1(a)は本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を示す平面図である。
【0012】
図1に表したように、本実施形態に係る光半導体装置1Aは、第1主面M1及び第2主面M2を有する発光層2と、その第1主面M1上に設けられた接着層3と、その接着層3上に設けられた透光層5と、発光層2の第2主面M2の第1領域に設けられた反射層6と、その第2主面M2の第2領域に設けられた第1電極7aと、反射層6上に設けられた複数の第2電極7bと、第1電極7aに設けられた第1金属ポスト8aと、各第2電極7bに設けられた複数の第2金属ポスト8bと、発光層2の第2主面M2上に各金属ポスト8a、8bを避けて設けられた絶縁層9と、その絶縁層9上に各金属ポスト8a、8bを封止するように設けられた封止層10と、第1金属ポスト8aの端部に設けられた第1金属層11aと、各第2金属ポスト8bの端部に設けられた複数の第2金属層11bと、を備えている。
【0013】
発光層2は、第1半導体層2aと、その第1半導体層2aよりも狭面積の第2半導体層2bと、それらの第1半導体層2a及び第2半導体層2bにより挟持された活性層2cと、を含む半導体積層体を有する。第1半導体層2aは、例えば、n型半導体層である第1クラッド層である。第2半導体層2bは、例えば、p型半導体層である第2クラッド層である。ただし、これら各層の導電形は、任意である。つまり、第1半導体層2aがp型で、第2半導体層2bがn型であってもよい。
【0014】
第1半導体層2a、第2半導体層2a及び活性層2cには、InGaAlAs系化合物半導体、InGaAlAs系化合物半導体、InGaAlP系化合物半導体、InGaAlN系加工物半導体をはじめとする各種の化合物半導体を用いることができる。
【0015】
例えば、活性層2cの材料としてGaAlAsを用いることにより、赤外光や赤色の発光を得ることができる。また、活性層2cの材料としてInGaAlPを用いることにより、橙色、黄色、緑色などの発光を得ることができる。活性層2cの材料としてInGaAlN系化合物半導体を用いることにより、緑色や青色の発光や紫外光を得ることができる。
【0016】
第1半導体層2a、第2半導体層2b及び活性層2cは、それぞれ単層であるとは限らない。例えば、活性層2cが量子井戸層と障壁層とを組み合わせた多層構造であってもよい。同様に、第1半導体層2aや第2半導体層2bも、複数の半導体層を組み合わせた多層構造であってもよい。
【0017】
InGaAlN系化合物半導体を用いる場合、第1半導体層2aは、例えばGaNを含むn形クラッド層である。第2半導体層2bは、例えばGaNを含むp形クラッド層である。活性層2cは、例えばInGaNからなる量子井戸層と、量子井戸層に積層されたAlGaNからなる障壁層と、を有する。このように、活性層2cは、例えば、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。
【0018】
発光層2は、例えば、GaAsやGaP、サファイアなどの図示しない基板の上に、第1半導体層2aとなる結晶、活性層2cとなる結晶、及び、第2半導体層2bとなる結晶が順次成長され、その後、所定の領域の、活性層2c、及び、第2半導体層2bが除去されて形成される。また、図示しない基板も、発光層2からは除去されている。発光層2の厚さは、例えば、5マイクロメータ程度である。
【0019】
なお、第1主面M1は第1半導体層2aの上面(図1中)であり、第2主面M2は第1半導体層2aの下面(図1中)及び第2半導体層2bの下面(図1中)であり、途中に段差を有している。つまり、第1半導体層2a、第2半導体層2b及び活性層2cを含む半導体積層体は、第1主面M1とこれとは反対側の第2主面M2とを有する。そして、半導体積層体の第2主面M2の側に、第1電極7aと第2電極7bとが設けられている。
【0020】
図1(b)に表したように、第1半導体層2aの平面形状は、例えば一辺550マイクロメータの正方形である(図1(b)点線参照)。この第1半導体層2aの下面(図1中)には、活性層2cを間にして、第1半導体層2aのコーナ領域(一辺150マイクロメータの正方形)を除く領域に第2半導体層2bが形成されている。なお、活性層2cは第2半導体層2bと同じ形状をしており、同程度の面積を有している。
【0021】
接着層3は、例えばシリコーン樹脂により形成されている。接着層3の厚さは、例えば1マイクロメータ以下である。この接着層3は、発光層2の第1半導体層2aの第1主面M1と透光層5とを接着する。シリコーン樹脂は、例えば屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーンである。接着層3を構成する樹脂は、メチルフェニルシリコーンの他に、ジメチルシリコーン等、他の組成のシリコーン樹脂でもよい。シリコーン樹脂は、青色や紫外線に対する耐久性が高い点で、発光層2からこれらの波長の発光光が放出される場合に有利となる。
【0022】
一方、発光層2から放出される光の輝度が低く、または青色光による劣化を受けないような場合には、接着層3の材料として、エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂のハイブリット樹脂、もしくはウレタン樹脂等、用途に応じて適時、適切な樹脂が用いられても良い。
【0023】
透光層5は、発光層2から放出される発光光に対する透光性を有する。透光層5は、無機材料や有機材料により形成されている。無機材料としては、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウムなどの各種の酸化物、窒化シリコンなどの各種の窒化物、フッ化マグネシウムなどの各種のフッ化物などを挙げることができる。有機材料としては、例えば、アクリル、エポキシ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂などを挙げることができる。
【0024】
透光層5の厚さは、例えば200マイクロメータ程度とすることができる。透光層5の材料は、透明材料に限られるものではなく、発光層2から放出される光を透過させるものであればよい。すなわち、透光層5の材料は、発光層2から放出される発光光を完全に吸収あるいは反射するものでなければよい。
【0025】
透光層5を設けることにより、第1半導体層2aの屈折率と空気の屈折率との差が緩和されるので、光の取り出し効率を上げることができる。すなわち、第1半導体層2aの屈折率と、空気の屈折率と、の中間の屈折率を透光層5に与えることにより、発光層2から放出された発光光が発光層2の光取り出し面において全反射されることを抑制できる。その結果として、発光層2から放出された発光光を外部(空気中)に取り出す効率を向上させることができる。
この観点からは、透光層5は、屈折率が1〜2の範囲にある透光材料により形成することが望ましい。
【0026】
後に具体例を挙げて詳述するように、透光層5は、例えばレンズ作用や屈折作用などの光の進行方向を変化させる作用を有することができる。これにより、発光層2から放出された光の放射角を調整することができる。
【0027】
反射層6は、AgやAl等の金属により形成されている。反射層6の厚さは例えば0.3マイクロメータである。この反射層6は、発光層2の第2半導体層2bの下面(図1中)の全領域(第1領域)に設けられている。詳しくは、第2半導体層2bの下面には、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属によりNi/Auのコンタクト電極(図示せず)が形成され、その上に厚さ0.3マイクロメータの反射層6が形成されている。
【0028】
第1電極7aは、例えば0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。第1電極7aの厚さは、例えば0.2マイクロメータである。この第1電極7aは、例えば、発光層2の第1半導体層2aの下面(図1(a))の露出領域(第2領域)に直径100マイクロメータの円形状に設けられている(図1(b)参照)。
【0029】
各第2電極7bも、例えば0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。各第2電極7bの厚さは、例えば0.2マイクロメータである。これらの第2電極7bは、反射層6の下面(図1(a))に例えば直径100マイクロメータの円形状に200マイクロメータのピッチで設けられている(図1(b)参照)。
【0030】
第1金属ポスト8aは、例えばCu等の金属により円柱状に形成されている。第1金属ポスト8aの高さは、例えば100マイクロメータ程度であり、その直径は、例えば100マイクロメータである。この第1金属ポスト8aは、第1電極7aに通電している。なお、第1電極7a及び第1金属ポスト8aの形状は、適宜変更可能である。
【0031】
各第2金属ポスト8bは、例えばそれぞれCu等の金属により円柱状に形成されている。第2金属ポスト8bの高さは、例えば100マイクロメータであり、その直径は、例えば100マイクロメータである。この第2金属ポスト8bは、第2電極7bに通電している。各第2金属ポスト8bは、各第2電極7bの配置と同様に例えば200マイクロメータのピッチで設けられている(図2参照)。なお、第2電極7b及び第2金属ポスト8bの形状も、適宜変更可能である。
【0032】
絶縁層9は、例えばSiO2などの絶縁材料により形成されており、パッシベーション膜(保護膜)として機能する。絶縁層9の厚さは、例えば0.3マイクロメータである。絶縁層9は、発光層2をその端部まで完全に覆っており、第1電極7a及び各第2電極7bを除いて外部との通電を防止している。これにより、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
【0033】
封止層10は、例えば熱硬化性樹脂により形成されている。封止層10の厚さは各金属ポスト8a、8bと同様に100マイクロメータ程度である。封止層10は、第1金属ポスト8aの端部及び各第2金属ポスト8bの端部を露出させて第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bを封止するように絶縁層9の全面に設けられている。これにより、第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bの周面は、封止層10により完全に覆われている。
またさらに、封止層10は、発光層2の側面も覆っている。すなわち、図1(a)に表したように、発光層2の第1主面M1と第2主面M2との間にある側面は、絶縁層9を介して、封止層10により覆われている。これは、本実施形態のみならず、図2〜図20に関して後述するすべての実施形態について同様とすることができる。封止層10を、発光層2から放出される光に対して遮光性の材料により形成した場合、発光層2の側面を封止層10で覆うことによって、発光層2の側面からの光の漏れを防ぐことができる。
【0034】
なお、絶縁層9は、発光層2をその端部まで完全に覆うように設けられているが、本実施形態はこれに限られるものではない。例えば、封止層10が絶縁層9にかわって発光層2をその端部まで完全に覆うように設けられてもよい。この場合でも、第1電極7a及び各第2電極7bを除いて外部との通電が防止されるので、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
【0035】
第1金属層11a及び各第2金属層11bは、例えばそれぞれ1.0マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。第1金属層11aは、第1金属ポスト8aの端部、すなわち露出部分に設けられている。各第2金属層11bは、それぞれ各第2金属ポスト8bの端部、すなわち露出部分に設けられている。なお、第1金属層11aは第1電極7aと同じ円形状となり、第2金属層11bは第2電極7bと同じ円形状となる(図1(b)参照)。
【0036】
このような光半導体装置1Aでは、第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bに電圧が印加されると、第1金属ポスト8aから第1半導体層2aに電位が与えられ、各第2金属ポスト8bから第2半導体層2bに電位が与えられ、第1半導体層2aと第2半導体層2bとに挟まれた活性層2cから光が放射される。放射された光の一部は、透光層5を透過してそのまま透光層5の表面から放出され、他の一部は、反射層6により反射されて透光層5を透過して透光層5の表面から放出される。
【0037】
本実施形態の構造によれば、装置構成が簡略化されており、発光層2の平面積と同サイズの小型な光半導体装置1Aを得ることができる。さらに、製造時、モールド成形やマウント工程、接続工程等を行う必要がなくなり、通常の半導体製造装置による製造が可能になるので、コストを抑えることができる。
また、発光層2の上に透光層5を形成することにより、発光層2と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、本実施形態の構造によれば、発光層2の平面積と同サイズの光半導体装置1Aを一般的な配線基板であるガラスエポキシ基板に実装する場合にも、ガラスエポキシ基板と発光層2間の線膨張係数差を各金属ポスト8a、8bにより緩和することが可能である。その結果として、光半導体装置1Aの実装時の信頼性を確保することができる。
【0038】
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、発光層2上に透光性を有する無機物や有機物を透光層5として設け、さらに、発光層2の第1電極7a上に第1金属ポスト8aを設け、発光層2の各第2電極7b上に第2金属ポスト8bを設け、それらの第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bを封止する封止層10を発光層2上に設けることによって、前述の構造の光半導体装置1Aが得られる。
この光半導体装置1Aによれば、透光層5を無機物やシリコーン樹脂などにより形成した場合には、発光層2から放射された光(特に、青色光)による透光層5の劣化が防止されるので、寿命低下を抑止することができる。さらに、装置構成が簡略化されて製造コストが抑えられるので、低コスト化を実現することができる。加えて、装置構成が簡略化されて装置の平面サイズは発光層2の平面積と同程度になっているので、通常の光半導体素子と同程度に光半導体装置1Aを小型化することができる。
【0039】
またさらに、本実施形態によれば、透光層5に光学的な機能を付与することも可能である。
図2は、本実施形態の第2の具体例を表す模式図である。すなわち、図2(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図2(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図2(a)は図2(b)のA−A線断面を表す。
【0040】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に凸状のレンズ5aが形成されている。これにより、発光層2から放出された光の集光作用が得られる。
図3は、本実施形態の第3の具体例を表す模式図である。すなわち、図3(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図3(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図3(a)は図3(b)のA−A線断面を表す。
【0041】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に凹状のレンズ5bが形成されている。このようにして、発光層2から放出される光を拡げて、配光特性を制御することも可能である。
図4は、本実施形態の第4の具体例を表す模式図である。すなわち、図4(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図4(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図4(a)は図4(b)のA−A線断面を表す。
【0042】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に、複数の凸状のレンズ5aが形成されている。このようにしても、発光層2から放出される光を複数の収束光として放出させることも可能である。
図5は、本実施形態の第5の具体例を表す模式図である。すなわち、図5(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図5(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図5(a)は図5(b)のA−A線断面を表す。
【0043】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面にフレネルレンズ5cが形成されている。フレネルレンズ5cを形成することにより、透光層5の厚みを薄くしつつ、発光層2から放出される光を集光させ配光特性を制御することが可能となる。
【0044】
本実施形態によれば、接着層3により透光層5を発光層2に接着している。つまり、透光層5を発光層2とは別体の部材として予め成形することが容易である。したがって、図2〜図5に関して前述したような各種のレンズ形状、あるいはその他各種の配光特性を得るための形状を有する透光層5を設けた光半導体装置を低コストで製造することが可能となる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図6を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0045】
図6は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(a)に対応する断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5が直接設けられている。つまり、接着層3(図1参照)を介することなく、透光層5が発光層2の上に形成されている。
このような構造は、例えば、透光層5を樹脂により形成することにより実現可能である。例えば、発光層2の第1主面M1の上に、硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、発光層2の上に、透光層5を直接形成することができる。
または、発光層2の第1主面M1の上に、例えば液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、透光層5を形成することができる。
【0046】
本実施形態によれば、第1実施形態に関して前述した各種の作用効果に加えて、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
【0047】
なお、本実施形態においても、図2〜図5に関して前述した各種の光学的な機能を透過層5に付与することが可能である。例えば、所定の凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどの形状に対応したモールド型を用いて、発光層2の第1主面M1の上の樹脂材料の形状を制御しつつ硬化させればよい。あるいは、発光層2の第1主面M1の上の樹脂材料が硬化する前に、所定の凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどの形状に対応したスタンプによりインプリント(型押し)してもよい。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図7を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1及び第2実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1及び第2実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0048】
図7は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して蛍光層4が設けられている。蛍光層4は、発光層2から放出された光の波長を変換する蛍光体粒子を含有している。具体的には、蛍光層4は、例えば、シリコーン樹脂などの有機材料に蛍光体粒子が分散された構造を有する。また、蛍光層4は、例えば、酸化シリコンなどの無機材料に蛍光体粒子が分散されたものであってもよい。蛍光層4の厚さは、例えば15マイクロメータ程度とすることができる。あるいは、蛍光層4は、有機材料や無機材料からなるバインダによって蛍光体粒子どうしが結合され成形されたものであってもよい。
【0049】
蛍光層4に用いる有機材料としてシリコーン樹脂を用いる場合には、接着層3と同種の樹脂、屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーンを用いることができる。ただし、蛍光層4の材料は、これに限られるものではなく、他種の有機材料あるいは無機材料であってもよい。
【0050】
蛍光層4に含有させる蛍光体は1組成である必要はない。例えば、青色光を緑色光と赤色光に波長変換する2種類の蛍光体を混合して用いても良い。このようにすると、発光層2から放出される青色光と、蛍光体により波長変換された緑色光と赤色光と、が混合して演色性の高い白色光を得ることができる。
【0051】
また、蛍光層4は、単層である必要はない。例えば、青色光を吸収して緑色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第1の層と、青色光を吸収して赤色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第2の層と、を積層させた積層体であってもよい。この場合、発光層2の側から順に、第1の層、第2の層と積層させると、緑色光が第1の層において吸収されることによる損失を低減させることができる。
【0052】
赤色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる赤色の蛍光体は、これらに限定されない。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+
【0053】
緑色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる緑色の蛍光体は、これらに限定されない。
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce
【0054】
青色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる青色の蛍光体は、これらに限定されない。
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu
【0055】
黄色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光体は、これらに限定されない。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+
【0056】
本実施形態の構造によれば、発光層2の上に光を波長変換する蛍光層4を設け、多様な波長帯の光を得ることができる。例えば、発光層2から青色光が放出される場合、蛍光層4に、青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体を含有させることで、白色光を得ることができる。つまり、発光層2からの青色光と、蛍光層4からの黄色光と、が混合することにより、白色光が得られる。
【0057】
本実施形態の構造によれば、発光層2の下面(図7中)に反射層6を形成して上方向にのみ青色光を発光することによって、光半導体装置1Cの上面方向に白色光を発光することができる。
【0058】
また、蛍光層4として、樹脂やガラスなどの材料に蛍光体粒子を分散させることにより、蛍光層4と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態について図8を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第3実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第3実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0059】
図8は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、蛍光層4が直接設けられている。すなわち、接着層3(図7参照)を介することなく、蛍光層4が発光層2の上に形成されている。
【0060】
このような構造は、例えば、蛍光層4を樹脂を用いて形成することにより実現可能である。例えば、発光層2の第1主面M1の上に、蛍光体粒子を分散させた硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、発光層2の上に、蛍光層4を直接形成することができる。蛍光層4を構成する樹脂として、シリコーン樹脂を用いると、青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0061】
または、発光層2の第1主面M1の上に、例えば蛍光体粒子を分散させた液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、蛍光層4を形成することができる。この場合も、ガラスは青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0062】
または、発光層2の上に、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)法により蛍光層4を形成してもよい。すなわち、蛍光体の材料をスパッタやCVDにより発光層2の上に堆積させることができる。このようにすれば、高い濃度の蛍光体を含有した蛍光層4を形成することが可能となる。
【0063】
本実施形態においても、蛍光層4は、単層である必要はない。例えば、青色光を吸収して緑色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第1の層と、青色光を吸収して赤色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第2の層と、を積層させた積層体であってもよい。
【0064】
また、本実施形態によれば、第3実施形態に関して前述した各種の作用効果に加えて、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態について図9を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第4実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第4実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0065】
図9は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。接着層3と透光層5については、第1実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。また、蛍光層4については、第3及び第4実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【0066】
例えば、透光層5の上に、蛍光体粒子を分散させた硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、透光層5の上に、蛍光層4を直接形成することができる。このように蛍光層4を形成した透光層5を接着層3を介して、発光層2に接着すればよい。
【0067】
蛍光層4を構成する樹脂として、シリコーン樹脂を用いると、青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0068】
または、透光層5の上に、例えば蛍光体粒子を分散させた液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、蛍光層4を形成することができる。この場合も、ガラスは青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0069】
または、透光層5の上に、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)法により蛍光層4を形成してもよい。すなわち、蛍光体の材料をスパッタやCVDにより発光層2の上に堆積させることができる。このようにすれば、高い濃度の蛍光体を含有した蛍光層4を形成することが可能となる。
【0070】
本実施形態によれば、発光層2から放出された光をまず透光層5に導くことにより、その配光特性あるいは輝度の分布をより均一に近づけることができる。すなわち、発光層2から放出された光が透光層5に入射し、透光層5の中を伝搬する際に、透光層5が導光体として作用し、光の輝度のムラを緩和させることが可能となる。このようにして輝度のムラが緩和された光が蛍光層4に入射し、波長変換されることにより、外部に放出される光の色ムラをより均一にすることが可能となる。
【0071】
例えば、発光層2から青色光が放出され、この一部が蛍光層4において黄色光に変換されて、白色光として外部に取り出される場合、蛍光層4に入射する青色光の強度が強いと、青色成分が強くなる場合がある。つまり、発光層2から放出される青色光の輝度にムラがあると、蛍光層4を介して外部に取り出される白色光も、青色成分にムラが生ずる。これは、観察者にとっては色ムラとして認識される可能性がある。
【0072】
これに対して、本実施形態においては、発光層2から放出された光が、まず透光層5に導かれてその中を導光されることにより、輝度のムラが緩和される。その結果として、外部に取り出される光の色ムラも緩和することができる。
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態について図10を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第5実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第5実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0073】
図10は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。つまり、発光層2の上に、接着層3(図9参照)を介さずに、透光層5と蛍光層4とが直接形成されている。
【0074】
透光層5については、第2実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。また、蛍光層4については、第3乃至第5実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【0075】
実施形態においても、発光層2の上に、透光層5と蛍光層4とをこの順番に設けることにより、第5実施形態に関して前述した効果を同様に得ることができる。
またさらに、本実施形態においては、接着層3を用いないので、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
(第7の実施の形態)
本発明の第7の実施の形態について図11を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第6実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第6実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0076】
図11は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態に係る光半導体装置1Gでは、第1金属層11a及び各第2金属層11bがはんだバンプである。すなわち、直径100マイクロメータの半球状のはんだバンプが第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8b上に形成されている。はんだバンプの組成は、Sn−3.0Ag−0.5CuやSn−0.8Cu、Sn−3.5Ag等の表面実装に使用されるはんだ材である。
【0077】
本実施形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第1金属層11a及び各第2金属層11bをはんだバンプにより形成することによって、光半導体装置1Gが配線基板に実装された場合、第1の実施の形態に係る光半導体装置1Aと比較して、光半導体装置1Gと配線基板とのギャップがはんだバンプにより高くなるので、熱時に線膨張係数差により発生する応力をより緩和することができる。
なお、はんだバンプの代わりに、例えば、インジウムなどにより形成されたメタルバンプを設けてもよい。このようなメタルバンプは、例えば熱や超音波を与えながら圧着することで接合が可能である。
【0078】
また、図11には、第1実施形態の構造を例示したが、本実施形態はこれには限定されない。すなわち、第2乃至第6実施形態のいずれについても、はんだバンプあるいはメタルバンプを設けて同様の作用効果を得ることができる。
(第8の実施の形態)
本発明の第8の実施の形態について図12を参照しつつ説明する。本発明の第8の実施の形態では、第1乃至第7の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第8の実施の形態においては、第1乃至第7の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0079】
図12(a)は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を表す断面図であり、図12(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を表す平面図である。
本実施形態に係る光半導体装置1Hでは、第1クラッド層2aの下面に、例えば一辺100マイクロメータの正方形の第1電極7aが形成されている。一方、第2クラッド層2bの下面の第2電極7bは、例えば一辺500マイクロメータの正方形で、第1クラッド層2aのコーナ領域で例えば一辺150マイクロメータの正方形領域分が欠けた形状を有する。第1金属ポスト8aは、第1電極7aと同じ平面形状で直方体状の角柱となり、第2金属ポスト8bは、第2電極7bと同じ平面形状で角柱となる。さらに、第1金属層11aは第1電極7aと同じ平面形状となり、第2金属層11bは第2電極7bと同じ平面形状となる(図12(b)参照)。
【0080】
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第1実施形態に係る光半導体装置1Aと比較して、第1電極7a及び第2電極7bの平面積を大きく、すなわち、第1金属ポスト8a及び第2金属ポスト8bを大きくすることによって、発光により発熱した熱を逃がすための放熱経路が大きくなるので、熱抵抗の低減により、電流投入時の発熱量を減少させることができると共に、過渡熱抵抗を大幅に減少させることができる。
【0081】
なお、図12には、第1実施形態の構造を例示したが、本実施形態はこれには限定されない。すなわち、第2乃至第6実施形態のいずれについても、第1電極7a及び第2電極7bの平面積を大きくすることによって、熱抵抗の低減により、電流投入時の発熱量を減少させることができると共に、過渡熱抵抗を大幅に減少させることができる。
(第9の実施の形態)
本発明の第9の実施の形態について図13乃至図15を参照しつつ説明する。本実施形態は、第1実施形態に係る光半導体装置1A及び第3実施形態に係る光半導体装置1Cの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第8の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0082】
図13乃至図15は、本実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。なお、ここでは一例として、第1実施形態に係る光半導体装置1Aの製造方法を表した。
【0083】
まず、図13(a)に表したように、例えば直径2インチで厚さ200マイクロメータのサファイヤウェーハである基板11上に、例えばInGaNの青色発光の発光層12を形成する。この発光層12は、まず元となる発光層がエピタキシャル成長により成膜され、その発光層がRIE(反応性イオンエッチング)処理により個別化されている。これにより、光半導体装置1Aの発光層2が形成される。この発光層2は、例えば一辺550マイクロメータの正方形領域に第1クラッド層2aが成膜され、その第1クラッド層2aの下面に活性層2cを挟んで、第1クラッド層2aのコーナ領域(一辺150マイクロメータの正方形)を除く領域に第2クラッド層2bが成膜されて形成されている(図1参照)。
【0084】
次に、図13(b)に表したように、基板11上の各発光層12上に多層膜13が形成される。まず、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータ厚さのNi/Au膜(図示せず)が発光層12のコンタクト層として発光層12の表面全体にスパッタにより成膜され、その膜上にAgもしくはAlの金属膜(図示せず)が0.3マイクロメータの厚さでスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置1Aの反射層6が形成される。その後、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さのNi/Au膜(図示せず)が電極材料として発光層12の電極部分に成膜され、電極部分以外の領域に厚さ0.3マイクロメータのSiO2膜のパッシベーション膜(図示せず)がスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置1Aの第1電極7a、各第2電極7b及び絶縁層9が形成される。このようにして、基板11上の各発光層2上に多層膜13が形成される。
【0085】
次に、図13(c)に表したように、基板11の全面にわたって、メッキの給電層となる導電性膜であるシード層14が蒸着法やスパッタ法などの物理的被着法により形成される。このシード層14としては、例えばTi/Cuなどの積層膜が用いられる。ここで、Ti層はレジストやパッドとの密着強度を高める目的で形成される。したがって、その膜厚は0.1マイクロメータ程度で構わない。一方、Cuは主に給電に寄与するため、その膜厚は0.2マイクロメータ以上が好ましい。
【0086】
次いで、図13(d)に表したように、基板11の全面にわたって、第1電極7a及び各第2電極7b部分である電極パッド部分を開口した犠牲層であるレジスト層15が形成される。レジストとしては、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを用いることが可能である。レジスト層15は、まず元となるレジスト層が形成された後、開口部を形成するための遮光マスクが用いられ、露光及び現像により開口部が形成されて、基板11の全面に形成される。現像後のレジストはその材料に応じて必要があればベーキングされる。
【0087】
続いて、図14(a)に表したように、電気メッキ法によりメッキ層16がレジスト層15の開口部に形成される。これにより、光半導体装置1Aの各金属ポスト8a、8bが形成される。電気メッキに際しては、例えば、硫酸銅と硫酸からなるメッキ液中にウェーハの基板11が浸漬されるとともに、シード層14に直流電源の負極が接続され、基板11の被メッキ面と対向するように設置したアノードとなるCu板に直流電源の陽極が接続されて電流が流されてCuメッキが開始される。メッキ膜は時間の経過とともにその厚さが増加するが、レジスト層15の厚さに達する前に、通電が停止されてメッキが完了する。
【0088】
メッキ後、図14(b)に表したように、レジスト層15が基板11から剥離されて除去される。その後、酸洗浄により、シード層14がエッチングにより除去される。これにより、発光層12、多層膜13及びメッキ層16が露出する。
【0089】
次に、図14(c)に表したように、基板11の全面にわたって、封止層となる熱硬化樹脂層17が形成される。まず、スピンコートにより、メッキ層16が埋まる程度の厚さで、メッキ層16の周囲に熱硬化性樹脂が供給され、その後、オーブンに投入され、加熱により熱硬化樹脂層17が硬化する。樹脂は、例えば150℃で2時間の加熱により硬化する。
【0090】
その後、図14(d)に表したように、熱硬化樹脂層17の表面が研削されてメッキ層16が露出する。これにより、光半導体装置1Aの封止層10が形成される。熱硬化樹脂層17の研削には、回転研磨ホイールが用いられ、回転研削によって平坦性を確保しながら研削を完了させることが可能である。研削完了後に、必要に応じて、乾燥が行われてもよい。この研削工程は、前工程でスピンコートなどによりメッキ層16の端部のみを露出させて熱硬化樹脂を塗布することは困難であるため(塗布時間及びコストがかかる)、スピンコート後にメッキ層16の端部を露出させるために必要な工程である。
【0091】
次に、図15(a)に表したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光層12がリフトオフされる。つまり、基板11から発光層12が分離され剥離される。これにより、発光層12、多層膜13及びメッキ層16及び熱硬化樹脂層17からなる発光基材12Aが基板11から分離される。リフトオフは、Nd:YAGの第三調波レーザを用いて発光層12との層間に基板11を通して波長355nmのレーザ光を照射することによって行われる。なお、リフトオフはオプションであり、省くことも可能である。
【0092】
また、ここでは、サファイヤウェーハの基板11の上に窒化ガリウム系の結晶を成長させて、基板11から分離する具体例を挙げたが、本実施形態はこれには限定されない。例えば、GaAsの基板の上に、InGaAlP系の結晶を成長させ、エッチングなどの方法によりGaAs基板を取り除いて発光層12を形成することも可能である。InGaAlP系の結晶から得られる発光はGaAs基板により吸収されてしまうが、このようにしてGaAs基板を取り除くことにより、InGaAlP系の発光層から放出される光がGaAs基板に吸収されることなく、外部に取り出すことができる。
【0093】
次いで、図15(b)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aは、光学ガラスウェーハ等の透光基材18上に発光層12を向けて接着層20を介して貼り合わされる。なお、別工程において、透光性を有する無機物からなる透光基材18上にシリコーン樹脂層が接着層20として形成される。このようにして、光半導体装置1Aの透光層5及び接着層3が形成される。
【0094】
ここで、透光基材18と発光層12との貼り合わせは、透光基材18上にシリコーン樹脂をスプレー工法により供給し、その後、位置合わせ後に貼り合わせを行い、貼り合わせ状態の発光基材12A及び透光基材18をオーブンに投入し、硬化及び接着することによって行われる。シリコーン樹脂の硬化は例えば150℃で1時間の加熱により可能である。
【0095】
次に、図15(c)に表したように、Ni/Au層21が無電解メッキ法によりメッキ層16のCu電極上に形成される。これにより、光半導体装置1Aの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキに際しては、例えば、弱アリカリ性の脱脂液での3分間処理により脱脂が行われ、流水での1分間処理により水洗が行われ、酸洗の後、70℃に温調されたニッケル−リンメッキ液中にウェーハが浸漬された後、水洗が行われることにより、Ni層の成膜が実行される。さらに、Auの無電解メッキに際しては、70℃に温調された無電解金メッキ液中にウェーハが浸漬された後、水洗及び乾燥が行われることにより、Cu電極表面にメッキが施される。
【0096】
最後に、図15(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Aが切り出され、第1の実施の形態に係る光半導体装置1Aが得られる。なお、第8実施形態に係る光半導体装置1Hの製造工程においては、前述と同一の工程が用いられ、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更により、第8実施形態に係る光半導体装置1Hが得られる。
一方、図15(b)及び(c)に表した工程において、透光基材18の代わりに蛍光層4となるべき蛍光基材を用い、この蛍光基材を接着層20により発光基材12Aに接着して、図15(d)に表したようにダイシングを施せば、第3実施形態に係る光半導体装置1Cが得られる。
【0097】
以上説明したように、本実施形態によれば、第1及び第3実施形態に係る光半導体装置1A、1Cを製造することができ、その結果、第1及び第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更することによって、第8実施形態に係る光半導体装置1Hを製造することができ、その結果、第8実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1A、1C、1Hを製造することが可能であるので、光半導体装置1A、1C、1Hの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1A、1C、1Hのコストを抑えることができる。
(第10の実施の形態)
本発明の第10の実施の形態について図16を参照しつつ説明する。本実施形態は、第2実施形態に係る光半導体装置1Bの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第9の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0098】
図16は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図16(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
【0099】
次いで、図16(a)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aの発光層12側の面上に、透光基材42が形成される。透光基材42は、例えば、液状ガラスをスピンコートなどの方法により塗布し、硬化させることにより形成できる。液状ガラスは、スピンコートの他、スプレー工法により供給されることも可能であり、その供給方法は限定されない。ガラス層の硬化は、例えば200℃で1時間の加熱により実施可能である。透光層42の成膜材料としては、液状ガラスの他、用途に応じて適宜選択することが可能である。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
【0100】
あるいは、シリコーン樹脂などの樹脂材料を発光基材12Aの上にスピンコートなどにより塗布し、その後、オーブンに投入したり、UV(紫外線)により硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの透光基材42を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0101】
次に、図16(b)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Bの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
最後に、図16(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Bが切り出され、第2実施形態に係る光半導体装置1Bが得られる。
【0102】
以上説明したように、本実施形態によれば、第2実施形態に係る光半導体装置1Bを製造することができ、その結果、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Bを製造することが可能であるので、光半導体装置1Bの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Bのコストを抑えることができる。
(第11の実施の形態)
本発明の第11の実施の形態について図17を参照しつつ説明する。本実施形態は、第4実施形態に係る光半導体装置1Dの製造方法について説明する。本実施形態については、第1乃至第10の実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0103】
図17は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に示す発光層12の成膜工程から図15(a)に表したリフトオフ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
【0104】
リフトオフ工程後、図17(a)に表したように、蛍光層41が発光基材12Aの発光層12側の面上に形成される。蛍光層41は、蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂や液状ガラスなどを用いて形成される。これにより、光半導体装置1Dの蛍光層4が形成される。
【0105】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂(あるいは液状ガラスなど)は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、発光基材12Aの上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した治具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0106】
あるいは、蛍光層41は、スパッタ法により発光基材12Aの上に形成することも可能である。このとき、スパッタを複数回行うことにより蛍光層41を積層することも可能であり、第4実施形態に係る光半導体装置1Dを製造することができる。なお、蛍光層41は、CVD装置を用いて成膜することも可能である。
蛍光体の材料をスパッタやCVDにより堆積させた場合には、高い濃度の蛍光体を含有する蛍光層41を形成することが可能である。
【0107】
次に、図17(b)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Dの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
最後に、図17(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Dが切り出され、第4実施形態に係る光半導体装置1Dが得られる。
【0108】
以上説明したように、本実施形態によれば、第4実施形態に係る光半導体装置1Dを製造することができ、その結果、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Dを製造することが可能であるので、光半導体装置1Dの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Dのコストを抑えることができる。
(第12の実施の形態)
本発明の第12の実施の形態について図18を参照しつつ説明する。本実施形態は、第5実施形態に係る光半導体装置1Eの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第11の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0109】
図18は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図18(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(d)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図18(a)に表したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光層12がリフトオフされる。
【0110】
次いで、図18(b)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aは、蛍光層19が設けられた光学ガラスウエハ等の透光基材18が、接着層20を介して発光層2に貼り合わされる。なお、別工程において蛍光基材が形成され、すなわち、透光性を有する無機物あるいは有機物からなる透光基材18上に蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂層などが蛍光層19として形成される。そして、その透光基材18上にシリコーン樹脂層が接着層20として形成される。このようにして、光半導体装置1Eの蛍光層4、透光層5及び接着層3が形成される。
【0111】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、透光基材18上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が透光基材18上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0112】
また、蛍光層19を形成した透光基材18と発光層12との貼り合わせは、透光基材18上にシリコーン樹脂をスプレー工法により供給し、その後、位置合わせ後に貼り合わせを行い、貼り合わせ状態の発光基材12A及び透光基材18をオーブンに投入し、硬化及び接着することによって行われる。シリコーン樹脂の硬化は例えば150℃で1時間の加熱により可能である。
【0113】
次に、図18(c)に表したように、Ni/Au層21が形成される。これにより、光半導体装置1Aの金属層11a、11bが形成される。
最後に、図18(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Eが切り出され、第5実施形態に係る光半導体装置1Eが得られる。
【0114】
以上説明したように、本実施形態によれば、第5実施形態に係る光半導体装置1Eを製造することができ、その結果、第5実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更することによって、第8の実施の形態に係る光半導体装置1Hを製造することができ、その結果、第8実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1E、1Hを製造することが可能であるので、光半導体装置1E、1Hの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1E、1Hのコストを抑えることができる。
(第13の実施の形態)
本発明の第13の実施の形態について図19を参照しつつ説明する。本実施形態は、第6実施形態に係る光半導体装置1Fの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第12の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0115】
図19は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図19(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
【0116】
次いで、図19(a)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aの発光層12側の面上に、透光基材42が形成される。透光基材42は、例えば、液状ガラスをスピンコートなどの方法により塗布し、硬化させることにより形成できる。液状ガラスは、スピンコートの他、スプレー工法により供給されることも可能であり、その供給方法は限定されない。ガラス層の硬化は、例えば200℃で1時間の加熱により実施可能である。透光層42の成膜材料としては、液状ガラスの他、用途に応じて適宜選択することが可能である。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
【0117】
あるいは、シリコーン樹脂などの樹脂材料を発光基材12Aの上にスピンコートなどにより塗布し、その後、オーブンに投入したり、UV(紫外線)により硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの透光基材42を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0118】
次に、図19(b)に表したように、透光基材42の上に、蛍光層41が形成される。蛍光層41は、蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂や液状ガラスなどを用いて形成される。これにより、光半導体装置1Fの蛍光層4が形成される。
【0119】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂(あるいは液状ガラスなど)は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、透光基材42の上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が透光基材42の上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した治具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0120】
あるいは、蛍光層41は、スパッタ法により透光基材42の上に形成することも可能である。このとき、スパッタを複数回行うことにより蛍光層41を積層することも可能である。なお、蛍光層41は、CVD装置を用いて成膜することも可能である。蛍光体の材料をスパッタやCVDにより堆積させた場合には、高い濃度の蛍光体を含有する蛍光層41を形成することが可能である。
【0121】
次に、図19(c)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Fの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
【0122】
最後に、図19(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Fが切り出され、第6実施形態に係る光半導体装置1Fが得られる。
【0123】
以上説明したように、本実施形態によれば、第6実施形態に係る光半導体装置1Fを製造することができ、その結果、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Fを製造することが可能であるので、光半導体装置1Fの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Fのコストを抑えることができる。
(第14の実施の形態)
本発明の第14の実施の形態について図20を参照しつつ説明する。本実施形態は、第7実施形態に係る光半導体装置1Gの製造方法について説明する。なお、第14実施形態については、第1乃至第13の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0124】
図20は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に表した発光層12の成膜工程から図15(b)に表した示す貼り合わせ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
【0125】
貼り合わせ工程後、図20(a)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層などのコンタクト層31が無電解メッキ法により形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第6の実施の形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
【0126】
次に、図20(b)に表したように、Sn−3.0Ag−0.5Cuのはんだペースト32が印刷法によりコンタクト層31上に塗布される。なお、はんだペースト32の塗布方法は印刷法に限られるものではない。
【0127】
その後、図20(c)に表したように、ウェーハの透光基材18がリフロー炉に通されてはんだが再溶融され、フラックス残渣が洗浄されることにより、はんだバンプ33がメッキ層16のCu電極上に形成される。これにより、光半導体装置1Bの金属層11a、11bが形成される。
【0128】
最後に、図20(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Gが切り出され、第7実施形態に係る光半導体装置1Gが得られる。
【0129】
以上説明したように、本実施形態によれば、第7実施形態に係る光半導体装置1Gを製造することができ、その結果、第7実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Gを製造することが可能であるので、光半導体装置1Gの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Gのコストを抑えることができる。
(他の実施の形態)
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
【符号の説明】
【0130】
1A〜1G…光半導体装置、2…発光層、4…蛍光層、5…透光層、7a…第1電極、7b…第2電極、8a…第1金属ポスト、8b…第2金属ポスト、10…封止層、11…基板、11a…第1金属層、11b…第2金属層、12…発光層、12A…発光基材、14…導電性膜(シード層)、15…犠牲層(レジスト層)、16…メッキ層、17…封止層(熱硬化樹脂層)、18…透光基材、19,41…蛍光層、21,33,43…金属層、42…透光層、M1…第1主面、M2…第2主面
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
小型で低消費電力の発光素子として、赤、緑、青などの可視光帯のみならず、赤外光から紫外光にいたる幅広い波長帯で各種の半導体発光素子が利用されている。また例えば、青色LED(Light Emitting Diode)などの半導体発光素子と、蛍光体と、を組み合わせることで白色光を発する光半導体装置も開発されている。
【0003】
現在製品化されている最も汎用な光半導体装置は、基板の上に半導体層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子を用いている。すなわち、GaAsやGaP、サファイヤなどの基板の上に半導体層をエピタキシャル成長させ、電極などを形成した後に分割することにより、ひとつひとつの半導体発光素子を得る。そして、このようにして得られた半導体発光素子を、リードフレームや、SMD(Surface Mounting Device)型の筐体、各種の実装基板などにマウントし、所定の配線を施すとともに、透明樹脂で半導体発光素子を封止することにより、光半導体装置が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−183407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施形態は、低コストで大量生産が可能であり、半導体発光素子と同程度に小型化することも可能な光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
また、実施形態によれば、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、前記第1主面上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備えたことを特徴とする光半導体装置が提供される。
【0007】
また、実施形態によれば、基板の上に複数の半導体層を含む半導体積層体をエピタキシャル成長させた後に前記基板から分離した前記半導体積層体の第1の主面側に正極及び負極の複数の組を形成して、発光層を形成する工程と、前記発光層の前記第1の主面とは反対側の第2の主面側に、前記発光層から放出される光に対する透光性を有する透光層を形成する工程と、前記正極及び負極の組ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1(a)は本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を示す平面図である。
【図2】第1実施形態の第2の具体例を表す模式図である。
【図3】第1実施形態の第3の具体例を表す模式図である。
【図4】第1実施形態の第4の具体例を表す模式図である。
【図5】第1実施形態の第5の具体例を表す模式図である。
【図6】第2実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(a)に対応する断面図である。
【図7】第3実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図8】第4実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図9】第5実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図10】第6実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図11】第7実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図12】(a)は、第8実施形態に係る光半導体装置の概略構成を表す断面図であり、(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を表す平面図である。
【図13】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図14】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図15】第9実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。
【図16】第10実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図17】第11実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図18】第12実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図19】第13実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【図20】第14実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について、図1を参照しつつ説明する。
【0011】
図1(a)は本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を示す平面図である。
【0012】
図1に表したように、本実施形態に係る光半導体装置1Aは、第1主面M1及び第2主面M2を有する発光層2と、その第1主面M1上に設けられた接着層3と、その接着層3上に設けられた透光層5と、発光層2の第2主面M2の第1領域に設けられた反射層6と、その第2主面M2の第2領域に設けられた第1電極7aと、反射層6上に設けられた複数の第2電極7bと、第1電極7aに設けられた第1金属ポスト8aと、各第2電極7bに設けられた複数の第2金属ポスト8bと、発光層2の第2主面M2上に各金属ポスト8a、8bを避けて設けられた絶縁層9と、その絶縁層9上に各金属ポスト8a、8bを封止するように設けられた封止層10と、第1金属ポスト8aの端部に設けられた第1金属層11aと、各第2金属ポスト8bの端部に設けられた複数の第2金属層11bと、を備えている。
【0013】
発光層2は、第1半導体層2aと、その第1半導体層2aよりも狭面積の第2半導体層2bと、それらの第1半導体層2a及び第2半導体層2bにより挟持された活性層2cと、を含む半導体積層体を有する。第1半導体層2aは、例えば、n型半導体層である第1クラッド層である。第2半導体層2bは、例えば、p型半導体層である第2クラッド層である。ただし、これら各層の導電形は、任意である。つまり、第1半導体層2aがp型で、第2半導体層2bがn型であってもよい。
【0014】
第1半導体層2a、第2半導体層2a及び活性層2cには、InGaAlAs系化合物半導体、InGaAlAs系化合物半導体、InGaAlP系化合物半導体、InGaAlN系加工物半導体をはじめとする各種の化合物半導体を用いることができる。
【0015】
例えば、活性層2cの材料としてGaAlAsを用いることにより、赤外光や赤色の発光を得ることができる。また、活性層2cの材料としてInGaAlPを用いることにより、橙色、黄色、緑色などの発光を得ることができる。活性層2cの材料としてInGaAlN系化合物半導体を用いることにより、緑色や青色の発光や紫外光を得ることができる。
【0016】
第1半導体層2a、第2半導体層2b及び活性層2cは、それぞれ単層であるとは限らない。例えば、活性層2cが量子井戸層と障壁層とを組み合わせた多層構造であってもよい。同様に、第1半導体層2aや第2半導体層2bも、複数の半導体層を組み合わせた多層構造であってもよい。
【0017】
InGaAlN系化合物半導体を用いる場合、第1半導体層2aは、例えばGaNを含むn形クラッド層である。第2半導体層2bは、例えばGaNを含むp形クラッド層である。活性層2cは、例えばInGaNからなる量子井戸層と、量子井戸層に積層されたAlGaNからなる障壁層と、を有する。このように、活性層2cは、例えば、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。
【0018】
発光層2は、例えば、GaAsやGaP、サファイアなどの図示しない基板の上に、第1半導体層2aとなる結晶、活性層2cとなる結晶、及び、第2半導体層2bとなる結晶が順次成長され、その後、所定の領域の、活性層2c、及び、第2半導体層2bが除去されて形成される。また、図示しない基板も、発光層2からは除去されている。発光層2の厚さは、例えば、5マイクロメータ程度である。
【0019】
なお、第1主面M1は第1半導体層2aの上面(図1中)であり、第2主面M2は第1半導体層2aの下面(図1中)及び第2半導体層2bの下面(図1中)であり、途中に段差を有している。つまり、第1半導体層2a、第2半導体層2b及び活性層2cを含む半導体積層体は、第1主面M1とこれとは反対側の第2主面M2とを有する。そして、半導体積層体の第2主面M2の側に、第1電極7aと第2電極7bとが設けられている。
【0020】
図1(b)に表したように、第1半導体層2aの平面形状は、例えば一辺550マイクロメータの正方形である(図1(b)点線参照)。この第1半導体層2aの下面(図1中)には、活性層2cを間にして、第1半導体層2aのコーナ領域(一辺150マイクロメータの正方形)を除く領域に第2半導体層2bが形成されている。なお、活性層2cは第2半導体層2bと同じ形状をしており、同程度の面積を有している。
【0021】
接着層3は、例えばシリコーン樹脂により形成されている。接着層3の厚さは、例えば1マイクロメータ以下である。この接着層3は、発光層2の第1半導体層2aの第1主面M1と透光層5とを接着する。シリコーン樹脂は、例えば屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーンである。接着層3を構成する樹脂は、メチルフェニルシリコーンの他に、ジメチルシリコーン等、他の組成のシリコーン樹脂でもよい。シリコーン樹脂は、青色や紫外線に対する耐久性が高い点で、発光層2からこれらの波長の発光光が放出される場合に有利となる。
【0022】
一方、発光層2から放出される光の輝度が低く、または青色光による劣化を受けないような場合には、接着層3の材料として、エポキシ樹脂や、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂のハイブリット樹脂、もしくはウレタン樹脂等、用途に応じて適時、適切な樹脂が用いられても良い。
【0023】
透光層5は、発光層2から放出される発光光に対する透光性を有する。透光層5は、無機材料や有機材料により形成されている。無機材料としては、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウムなどの各種の酸化物、窒化シリコンなどの各種の窒化物、フッ化マグネシウムなどの各種のフッ化物などを挙げることができる。有機材料としては、例えば、アクリル、エポキシ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂などを挙げることができる。
【0024】
透光層5の厚さは、例えば200マイクロメータ程度とすることができる。透光層5の材料は、透明材料に限られるものではなく、発光層2から放出される光を透過させるものであればよい。すなわち、透光層5の材料は、発光層2から放出される発光光を完全に吸収あるいは反射するものでなければよい。
【0025】
透光層5を設けることにより、第1半導体層2aの屈折率と空気の屈折率との差が緩和されるので、光の取り出し効率を上げることができる。すなわち、第1半導体層2aの屈折率と、空気の屈折率と、の中間の屈折率を透光層5に与えることにより、発光層2から放出された発光光が発光層2の光取り出し面において全反射されることを抑制できる。その結果として、発光層2から放出された発光光を外部(空気中)に取り出す効率を向上させることができる。
この観点からは、透光層5は、屈折率が1〜2の範囲にある透光材料により形成することが望ましい。
【0026】
後に具体例を挙げて詳述するように、透光層5は、例えばレンズ作用や屈折作用などの光の進行方向を変化させる作用を有することができる。これにより、発光層2から放出された光の放射角を調整することができる。
【0027】
反射層6は、AgやAl等の金属により形成されている。反射層6の厚さは例えば0.3マイクロメータである。この反射層6は、発光層2の第2半導体層2bの下面(図1中)の全領域(第1領域)に設けられている。詳しくは、第2半導体層2bの下面には、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属によりNi/Auのコンタクト電極(図示せず)が形成され、その上に厚さ0.3マイクロメータの反射層6が形成されている。
【0028】
第1電極7aは、例えば0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。第1電極7aの厚さは、例えば0.2マイクロメータである。この第1電極7aは、例えば、発光層2の第1半導体層2aの下面(図1(a))の露出領域(第2領域)に直径100マイクロメータの円形状に設けられている(図1(b)参照)。
【0029】
各第2電極7bも、例えば0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。各第2電極7bの厚さは、例えば0.2マイクロメータである。これらの第2電極7bは、反射層6の下面(図1(a))に例えば直径100マイクロメータの円形状に200マイクロメータのピッチで設けられている(図1(b)参照)。
【0030】
第1金属ポスト8aは、例えばCu等の金属により円柱状に形成されている。第1金属ポスト8aの高さは、例えば100マイクロメータ程度であり、その直径は、例えば100マイクロメータである。この第1金属ポスト8aは、第1電極7aに通電している。なお、第1電極7a及び第1金属ポスト8aの形状は、適宜変更可能である。
【0031】
各第2金属ポスト8bは、例えばそれぞれCu等の金属により円柱状に形成されている。第2金属ポスト8bの高さは、例えば100マイクロメータであり、その直径は、例えば100マイクロメータである。この第2金属ポスト8bは、第2電極7bに通電している。各第2金属ポスト8bは、各第2電極7bの配置と同様に例えば200マイクロメータのピッチで設けられている(図2参照)。なお、第2電極7b及び第2金属ポスト8bの形状も、適宜変更可能である。
【0032】
絶縁層9は、例えばSiO2などの絶縁材料により形成されており、パッシベーション膜(保護膜)として機能する。絶縁層9の厚さは、例えば0.3マイクロメータである。絶縁層9は、発光層2をその端部まで完全に覆っており、第1電極7a及び各第2電極7bを除いて外部との通電を防止している。これにより、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
【0033】
封止層10は、例えば熱硬化性樹脂により形成されている。封止層10の厚さは各金属ポスト8a、8bと同様に100マイクロメータ程度である。封止層10は、第1金属ポスト8aの端部及び各第2金属ポスト8bの端部を露出させて第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bを封止するように絶縁層9の全面に設けられている。これにより、第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bの周面は、封止層10により完全に覆われている。
またさらに、封止層10は、発光層2の側面も覆っている。すなわち、図1(a)に表したように、発光層2の第1主面M1と第2主面M2との間にある側面は、絶縁層9を介して、封止層10により覆われている。これは、本実施形態のみならず、図2〜図20に関して後述するすべての実施形態について同様とすることができる。封止層10を、発光層2から放出される光に対して遮光性の材料により形成した場合、発光層2の側面を封止層10で覆うことによって、発光層2の側面からの光の漏れを防ぐことができる。
【0034】
なお、絶縁層9は、発光層2をその端部まで完全に覆うように設けられているが、本実施形態はこれに限られるものではない。例えば、封止層10が絶縁層9にかわって発光層2をその端部まで完全に覆うように設けられてもよい。この場合でも、第1電極7a及び各第2電極7bを除いて外部との通電が防止されるので、実装用はんだの這い上がりによるショート等を防ぐことができる。
【0035】
第1金属層11a及び各第2金属層11bは、例えばそれぞれ1.0マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さでNi/Au等の金属により形成されている。第1金属層11aは、第1金属ポスト8aの端部、すなわち露出部分に設けられている。各第2金属層11bは、それぞれ各第2金属ポスト8bの端部、すなわち露出部分に設けられている。なお、第1金属層11aは第1電極7aと同じ円形状となり、第2金属層11bは第2電極7bと同じ円形状となる(図1(b)参照)。
【0036】
このような光半導体装置1Aでは、第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bに電圧が印加されると、第1金属ポスト8aから第1半導体層2aに電位が与えられ、各第2金属ポスト8bから第2半導体層2bに電位が与えられ、第1半導体層2aと第2半導体層2bとに挟まれた活性層2cから光が放射される。放射された光の一部は、透光層5を透過してそのまま透光層5の表面から放出され、他の一部は、反射層6により反射されて透光層5を透過して透光層5の表面から放出される。
【0037】
本実施形態の構造によれば、装置構成が簡略化されており、発光層2の平面積と同サイズの小型な光半導体装置1Aを得ることができる。さらに、製造時、モールド成形やマウント工程、接続工程等を行う必要がなくなり、通常の半導体製造装置による製造が可能になるので、コストを抑えることができる。
また、発光層2の上に透光層5を形成することにより、発光層2と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、本実施形態の構造によれば、発光層2の平面積と同サイズの光半導体装置1Aを一般的な配線基板であるガラスエポキシ基板に実装する場合にも、ガラスエポキシ基板と発光層2間の線膨張係数差を各金属ポスト8a、8bにより緩和することが可能である。その結果として、光半導体装置1Aの実装時の信頼性を確保することができる。
【0038】
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、発光層2上に透光性を有する無機物や有機物を透光層5として設け、さらに、発光層2の第1電極7a上に第1金属ポスト8aを設け、発光層2の各第2電極7b上に第2金属ポスト8bを設け、それらの第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8bを封止する封止層10を発光層2上に設けることによって、前述の構造の光半導体装置1Aが得られる。
この光半導体装置1Aによれば、透光層5を無機物やシリコーン樹脂などにより形成した場合には、発光層2から放射された光(特に、青色光)による透光層5の劣化が防止されるので、寿命低下を抑止することができる。さらに、装置構成が簡略化されて製造コストが抑えられるので、低コスト化を実現することができる。加えて、装置構成が簡略化されて装置の平面サイズは発光層2の平面積と同程度になっているので、通常の光半導体素子と同程度に光半導体装置1Aを小型化することができる。
【0039】
またさらに、本実施形態によれば、透光層5に光学的な機能を付与することも可能である。
図2は、本実施形態の第2の具体例を表す模式図である。すなわち、図2(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図2(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図2(a)は図2(b)のA−A線断面を表す。
【0040】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に凸状のレンズ5aが形成されている。これにより、発光層2から放出された光の集光作用が得られる。
図3は、本実施形態の第3の具体例を表す模式図である。すなわち、図3(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図3(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図3(a)は図3(b)のA−A線断面を表す。
【0041】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に凹状のレンズ5bが形成されている。このようにして、発光層2から放出される光を拡げて、配光特性を制御することも可能である。
図4は、本実施形態の第4の具体例を表す模式図である。すなわち、図4(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図4(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図4(a)は図4(b)のA−A線断面を表す。
【0042】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面に、複数の凸状のレンズ5aが形成されている。このようにしても、発光層2から放出される光を複数の収束光として放出させることも可能である。
図5は、本実施形態の第5の具体例を表す模式図である。すなわち、図5(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図5(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図5(a)は図5(b)のA−A線断面を表す。
【0043】
本具体例においては、透光層5の光取り出し面にフレネルレンズ5cが形成されている。フレネルレンズ5cを形成することにより、透光層5の厚みを薄くしつつ、発光層2から放出される光を集光させ配光特性を制御することが可能となる。
【0044】
本実施形態によれば、接着層3により透光層5を発光層2に接着している。つまり、透光層5を発光層2とは別体の部材として予め成形することが容易である。したがって、図2〜図5に関して前述したような各種のレンズ形状、あるいはその他各種の配光特性を得るための形状を有する透光層5を設けた光半導体装置を低コストで製造することが可能となる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図6を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0045】
図6は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図であり、図1(a)に対応する断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5が直接設けられている。つまり、接着層3(図1参照)を介することなく、透光層5が発光層2の上に形成されている。
このような構造は、例えば、透光層5を樹脂により形成することにより実現可能である。例えば、発光層2の第1主面M1の上に、硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、発光層2の上に、透光層5を直接形成することができる。
または、発光層2の第1主面M1の上に、例えば液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、透光層5を形成することができる。
【0046】
本実施形態によれば、第1実施形態に関して前述した各種の作用効果に加えて、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
【0047】
なお、本実施形態においても、図2〜図5に関して前述した各種の光学的な機能を透過層5に付与することが可能である。例えば、所定の凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどの形状に対応したモールド型を用いて、発光層2の第1主面M1の上の樹脂材料の形状を制御しつつ硬化させればよい。あるいは、発光層2の第1主面M1の上の樹脂材料が硬化する前に、所定の凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどの形状に対応したスタンプによりインプリント(型押し)してもよい。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図7を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1及び第2実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1及び第2実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0048】
図7は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して蛍光層4が設けられている。蛍光層4は、発光層2から放出された光の波長を変換する蛍光体粒子を含有している。具体的には、蛍光層4は、例えば、シリコーン樹脂などの有機材料に蛍光体粒子が分散された構造を有する。また、蛍光層4は、例えば、酸化シリコンなどの無機材料に蛍光体粒子が分散されたものであってもよい。蛍光層4の厚さは、例えば15マイクロメータ程度とすることができる。あるいは、蛍光層4は、有機材料や無機材料からなるバインダによって蛍光体粒子どうしが結合され成形されたものであってもよい。
【0049】
蛍光層4に用いる有機材料としてシリコーン樹脂を用いる場合には、接着層3と同種の樹脂、屈折率が1.5程度のメチルフェニルシリコーンを用いることができる。ただし、蛍光層4の材料は、これに限られるものではなく、他種の有機材料あるいは無機材料であってもよい。
【0050】
蛍光層4に含有させる蛍光体は1組成である必要はない。例えば、青色光を緑色光と赤色光に波長変換する2種類の蛍光体を混合して用いても良い。このようにすると、発光層2から放出される青色光と、蛍光体により波長変換された緑色光と赤色光と、が混合して演色性の高い白色光を得ることができる。
【0051】
また、蛍光層4は、単層である必要はない。例えば、青色光を吸収して緑色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第1の層と、青色光を吸収して赤色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第2の層と、を積層させた積層体であってもよい。この場合、発光層2の側から順に、第1の層、第2の層と積層させると、緑色光が第1の層において吸収されることによる損失を低減させることができる。
【0052】
赤色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる赤色の蛍光体は、これらに限定されない。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+
【0053】
緑色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる緑色の蛍光体は、これらに限定されない。
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce
【0054】
青色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる青色の蛍光体は、これらに限定されない。
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu
【0055】
黄色の蛍光体として、例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光体は、これらに限定されない。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+
【0056】
本実施形態の構造によれば、発光層2の上に光を波長変換する蛍光層4を設け、多様な波長帯の光を得ることができる。例えば、発光層2から青色光が放出される場合、蛍光層4に、青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体を含有させることで、白色光を得ることができる。つまり、発光層2からの青色光と、蛍光層4からの黄色光と、が混合することにより、白色光が得られる。
【0057】
本実施形態の構造によれば、発光層2の下面(図7中)に反射層6を形成して上方向にのみ青色光を発光することによって、光半導体装置1Cの上面方向に白色光を発光することができる。
【0058】
また、蛍光層4として、樹脂やガラスなどの材料に蛍光体粒子を分散させることにより、蛍光層4と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態について図8を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第3実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第3実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0059】
図8は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、蛍光層4が直接設けられている。すなわち、接着層3(図7参照)を介することなく、蛍光層4が発光層2の上に形成されている。
【0060】
このような構造は、例えば、蛍光層4を樹脂を用いて形成することにより実現可能である。例えば、発光層2の第1主面M1の上に、蛍光体粒子を分散させた硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、発光層2の上に、蛍光層4を直接形成することができる。蛍光層4を構成する樹脂として、シリコーン樹脂を用いると、青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0061】
または、発光層2の第1主面M1の上に、例えば蛍光体粒子を分散させた液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、蛍光層4を形成することができる。この場合も、ガラスは青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0062】
または、発光層2の上に、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)法により蛍光層4を形成してもよい。すなわち、蛍光体の材料をスパッタやCVDにより発光層2の上に堆積させることができる。このようにすれば、高い濃度の蛍光体を含有した蛍光層4を形成することが可能となる。
【0063】
本実施形態においても、蛍光層4は、単層である必要はない。例えば、青色光を吸収して緑色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第1の層と、青色光を吸収して赤色光を放出する蛍光体粒子を分散させた第2の層と、を積層させた積層体であってもよい。
【0064】
また、本実施形態によれば、第3実施形態に関して前述した各種の作用効果に加えて、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態について図9を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第4実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第4実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0065】
図9は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。接着層3と透光層5については、第1実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。また、蛍光層4については、第3及び第4実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【0066】
例えば、透光層5の上に、蛍光体粒子を分散させた硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、透光層5の上に、蛍光層4を直接形成することができる。このように蛍光層4を形成した透光層5を接着層3を介して、発光層2に接着すればよい。
【0067】
蛍光層4を構成する樹脂として、シリコーン樹脂を用いると、青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0068】
または、透光層5の上に、例えば蛍光体粒子を分散させた液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、蛍光層4を形成することができる。この場合も、ガラスは青色光や紫外光に対する耐久性が高く、長期間の点灯によっても変色などの劣化を抑制できる点で有利である。
【0069】
または、透光層5の上に、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)法により蛍光層4を形成してもよい。すなわち、蛍光体の材料をスパッタやCVDにより発光層2の上に堆積させることができる。このようにすれば、高い濃度の蛍光体を含有した蛍光層4を形成することが可能となる。
【0070】
本実施形態によれば、発光層2から放出された光をまず透光層5に導くことにより、その配光特性あるいは輝度の分布をより均一に近づけることができる。すなわち、発光層2から放出された光が透光層5に入射し、透光層5の中を伝搬する際に、透光層5が導光体として作用し、光の輝度のムラを緩和させることが可能となる。このようにして輝度のムラが緩和された光が蛍光層4に入射し、波長変換されることにより、外部に放出される光の色ムラをより均一にすることが可能となる。
【0071】
例えば、発光層2から青色光が放出され、この一部が蛍光層4において黄色光に変換されて、白色光として外部に取り出される場合、蛍光層4に入射する青色光の強度が強いと、青色成分が強くなる場合がある。つまり、発光層2から放出される青色光の輝度にムラがあると、蛍光層4を介して外部に取り出される白色光も、青色成分にムラが生ずる。これは、観察者にとっては色ムラとして認識される可能性がある。
【0072】
これに対して、本実施形態においては、発光層2から放出された光が、まず透光層5に導かれてその中を導光されることにより、輝度のムラが緩和される。その結果として、外部に取り出される光の色ムラも緩和することができる。
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態について図10を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第5実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第5実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0073】
図10は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。つまり、発光層2の上に、接着層3(図9参照)を介さずに、透光層5と蛍光層4とが直接形成されている。
【0074】
透光層5については、第2実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。また、蛍光層4については、第3乃至第5実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
【0075】
実施形態においても、発光層2の上に、透光層5と蛍光層4とをこの順番に設けることにより、第5実施形態に関して前述した効果を同様に得ることができる。
またさらに、本実施形態においては、接着層3を用いないので、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
(第7の実施の形態)
本発明の第7の実施の形態について図11を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第6実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第6実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
【0076】
図11は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
本実施形態に係る光半導体装置1Gでは、第1金属層11a及び各第2金属層11bがはんだバンプである。すなわち、直径100マイクロメータの半球状のはんだバンプが第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8b上に形成されている。はんだバンプの組成は、Sn−3.0Ag−0.5CuやSn−0.8Cu、Sn−3.5Ag等の表面実装に使用されるはんだ材である。
【0077】
本実施形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第1金属層11a及び各第2金属層11bをはんだバンプにより形成することによって、光半導体装置1Gが配線基板に実装された場合、第1の実施の形態に係る光半導体装置1Aと比較して、光半導体装置1Gと配線基板とのギャップがはんだバンプにより高くなるので、熱時に線膨張係数差により発生する応力をより緩和することができる。
なお、はんだバンプの代わりに、例えば、インジウムなどにより形成されたメタルバンプを設けてもよい。このようなメタルバンプは、例えば熱や超音波を与えながら圧着することで接合が可能である。
【0078】
また、図11には、第1実施形態の構造を例示したが、本実施形態はこれには限定されない。すなわち、第2乃至第6実施形態のいずれについても、はんだバンプあるいはメタルバンプを設けて同様の作用効果を得ることができる。
(第8の実施の形態)
本発明の第8の実施の形態について図12を参照しつつ説明する。本発明の第8の実施の形態では、第1乃至第7の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第8の実施の形態においては、第1乃至第7の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0079】
図12(a)は、本実施形態に係る光半導体装置の概略構成を表す断面図であり、図12(b)は同図(a)に表した光半導体装置の下面を表す平面図である。
本実施形態に係る光半導体装置1Hでは、第1クラッド層2aの下面に、例えば一辺100マイクロメータの正方形の第1電極7aが形成されている。一方、第2クラッド層2bの下面の第2電極7bは、例えば一辺500マイクロメータの正方形で、第1クラッド層2aのコーナ領域で例えば一辺150マイクロメータの正方形領域分が欠けた形状を有する。第1金属ポスト8aは、第1電極7aと同じ平面形状で直方体状の角柱となり、第2金属ポスト8bは、第2電極7bと同じ平面形状で角柱となる。さらに、第1金属層11aは第1電極7aと同じ平面形状となり、第2金属層11bは第2電極7bと同じ平面形状となる(図12(b)参照)。
【0080】
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第1実施形態に係る光半導体装置1Aと比較して、第1電極7a及び第2電極7bの平面積を大きく、すなわち、第1金属ポスト8a及び第2金属ポスト8bを大きくすることによって、発光により発熱した熱を逃がすための放熱経路が大きくなるので、熱抵抗の低減により、電流投入時の発熱量を減少させることができると共に、過渡熱抵抗を大幅に減少させることができる。
【0081】
なお、図12には、第1実施形態の構造を例示したが、本実施形態はこれには限定されない。すなわち、第2乃至第6実施形態のいずれについても、第1電極7a及び第2電極7bの平面積を大きくすることによって、熱抵抗の低減により、電流投入時の発熱量を減少させることができると共に、過渡熱抵抗を大幅に減少させることができる。
(第9の実施の形態)
本発明の第9の実施の形態について図13乃至図15を参照しつつ説明する。本実施形態は、第1実施形態に係る光半導体装置1A及び第3実施形態に係る光半導体装置1Cの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第8の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0082】
図13乃至図15は、本実施形態の光半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。なお、ここでは一例として、第1実施形態に係る光半導体装置1Aの製造方法を表した。
【0083】
まず、図13(a)に表したように、例えば直径2インチで厚さ200マイクロメータのサファイヤウェーハである基板11上に、例えばInGaNの青色発光の発光層12を形成する。この発光層12は、まず元となる発光層がエピタキシャル成長により成膜され、その発光層がRIE(反応性イオンエッチング)処理により個別化されている。これにより、光半導体装置1Aの発光層2が形成される。この発光層2は、例えば一辺550マイクロメータの正方形領域に第1クラッド層2aが成膜され、その第1クラッド層2aの下面に活性層2cを挟んで、第1クラッド層2aのコーナ領域(一辺150マイクロメータの正方形)を除く領域に第2クラッド層2bが成膜されて形成されている(図1参照)。
【0084】
次に、図13(b)に表したように、基板11上の各発光層12上に多層膜13が形成される。まず、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータ厚さのNi/Au膜(図示せず)が発光層12のコンタクト層として発光層12の表面全体にスパッタにより成膜され、その膜上にAgもしくはAlの金属膜(図示せず)が0.3マイクロメータの厚さでスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置1Aの反射層6が形成される。その後、0.1マイクロメータ/0.1マイクロメータの厚さのNi/Au膜(図示せず)が電極材料として発光層12の電極部分に成膜され、電極部分以外の領域に厚さ0.3マイクロメータのSiO2膜のパッシベーション膜(図示せず)がスパッタ法により成膜される。これにより、光半導体装置1Aの第1電極7a、各第2電極7b及び絶縁層9が形成される。このようにして、基板11上の各発光層2上に多層膜13が形成される。
【0085】
次に、図13(c)に表したように、基板11の全面にわたって、メッキの給電層となる導電性膜であるシード層14が蒸着法やスパッタ法などの物理的被着法により形成される。このシード層14としては、例えばTi/Cuなどの積層膜が用いられる。ここで、Ti層はレジストやパッドとの密着強度を高める目的で形成される。したがって、その膜厚は0.1マイクロメータ程度で構わない。一方、Cuは主に給電に寄与するため、その膜厚は0.2マイクロメータ以上が好ましい。
【0086】
次いで、図13(d)に表したように、基板11の全面にわたって、第1電極7a及び各第2電極7b部分である電極パッド部分を開口した犠牲層であるレジスト層15が形成される。レジストとしては、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを用いることが可能である。レジスト層15は、まず元となるレジスト層が形成された後、開口部を形成するための遮光マスクが用いられ、露光及び現像により開口部が形成されて、基板11の全面に形成される。現像後のレジストはその材料に応じて必要があればベーキングされる。
【0087】
続いて、図14(a)に表したように、電気メッキ法によりメッキ層16がレジスト層15の開口部に形成される。これにより、光半導体装置1Aの各金属ポスト8a、8bが形成される。電気メッキに際しては、例えば、硫酸銅と硫酸からなるメッキ液中にウェーハの基板11が浸漬されるとともに、シード層14に直流電源の負極が接続され、基板11の被メッキ面と対向するように設置したアノードとなるCu板に直流電源の陽極が接続されて電流が流されてCuメッキが開始される。メッキ膜は時間の経過とともにその厚さが増加するが、レジスト層15の厚さに達する前に、通電が停止されてメッキが完了する。
【0088】
メッキ後、図14(b)に表したように、レジスト層15が基板11から剥離されて除去される。その後、酸洗浄により、シード層14がエッチングにより除去される。これにより、発光層12、多層膜13及びメッキ層16が露出する。
【0089】
次に、図14(c)に表したように、基板11の全面にわたって、封止層となる熱硬化樹脂層17が形成される。まず、スピンコートにより、メッキ層16が埋まる程度の厚さで、メッキ層16の周囲に熱硬化性樹脂が供給され、その後、オーブンに投入され、加熱により熱硬化樹脂層17が硬化する。樹脂は、例えば150℃で2時間の加熱により硬化する。
【0090】
その後、図14(d)に表したように、熱硬化樹脂層17の表面が研削されてメッキ層16が露出する。これにより、光半導体装置1Aの封止層10が形成される。熱硬化樹脂層17の研削には、回転研磨ホイールが用いられ、回転研削によって平坦性を確保しながら研削を完了させることが可能である。研削完了後に、必要に応じて、乾燥が行われてもよい。この研削工程は、前工程でスピンコートなどによりメッキ層16の端部のみを露出させて熱硬化樹脂を塗布することは困難であるため(塗布時間及びコストがかかる)、スピンコート後にメッキ層16の端部を露出させるために必要な工程である。
【0091】
次に、図15(a)に表したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光層12がリフトオフされる。つまり、基板11から発光層12が分離され剥離される。これにより、発光層12、多層膜13及びメッキ層16及び熱硬化樹脂層17からなる発光基材12Aが基板11から分離される。リフトオフは、Nd:YAGの第三調波レーザを用いて発光層12との層間に基板11を通して波長355nmのレーザ光を照射することによって行われる。なお、リフトオフはオプションであり、省くことも可能である。
【0092】
また、ここでは、サファイヤウェーハの基板11の上に窒化ガリウム系の結晶を成長させて、基板11から分離する具体例を挙げたが、本実施形態はこれには限定されない。例えば、GaAsの基板の上に、InGaAlP系の結晶を成長させ、エッチングなどの方法によりGaAs基板を取り除いて発光層12を形成することも可能である。InGaAlP系の結晶から得られる発光はGaAs基板により吸収されてしまうが、このようにしてGaAs基板を取り除くことにより、InGaAlP系の発光層から放出される光がGaAs基板に吸収されることなく、外部に取り出すことができる。
【0093】
次いで、図15(b)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aは、光学ガラスウェーハ等の透光基材18上に発光層12を向けて接着層20を介して貼り合わされる。なお、別工程において、透光性を有する無機物からなる透光基材18上にシリコーン樹脂層が接着層20として形成される。このようにして、光半導体装置1Aの透光層5及び接着層3が形成される。
【0094】
ここで、透光基材18と発光層12との貼り合わせは、透光基材18上にシリコーン樹脂をスプレー工法により供給し、その後、位置合わせ後に貼り合わせを行い、貼り合わせ状態の発光基材12A及び透光基材18をオーブンに投入し、硬化及び接着することによって行われる。シリコーン樹脂の硬化は例えば150℃で1時間の加熱により可能である。
【0095】
次に、図15(c)に表したように、Ni/Au層21が無電解メッキ法によりメッキ層16のCu電極上に形成される。これにより、光半導体装置1Aの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキに際しては、例えば、弱アリカリ性の脱脂液での3分間処理により脱脂が行われ、流水での1分間処理により水洗が行われ、酸洗の後、70℃に温調されたニッケル−リンメッキ液中にウェーハが浸漬された後、水洗が行われることにより、Ni層の成膜が実行される。さらに、Auの無電解メッキに際しては、70℃に温調された無電解金メッキ液中にウェーハが浸漬された後、水洗及び乾燥が行われることにより、Cu電極表面にメッキが施される。
【0096】
最後に、図15(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Aが切り出され、第1の実施の形態に係る光半導体装置1Aが得られる。なお、第8実施形態に係る光半導体装置1Hの製造工程においては、前述と同一の工程が用いられ、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更により、第8実施形態に係る光半導体装置1Hが得られる。
一方、図15(b)及び(c)に表した工程において、透光基材18の代わりに蛍光層4となるべき蛍光基材を用い、この蛍光基材を接着層20により発光基材12Aに接着して、図15(d)に表したようにダイシングを施せば、第3実施形態に係る光半導体装置1Cが得られる。
【0097】
以上説明したように、本実施形態によれば、第1及び第3実施形態に係る光半導体装置1A、1Cを製造することができ、その結果、第1及び第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更することによって、第8実施形態に係る光半導体装置1Hを製造することができ、その結果、第8実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1A、1C、1Hを製造することが可能であるので、光半導体装置1A、1C、1Hの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1A、1C、1Hのコストを抑えることができる。
(第10の実施の形態)
本発明の第10の実施の形態について図16を参照しつつ説明する。本実施形態は、第2実施形態に係る光半導体装置1Bの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第9の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0098】
図16は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図16(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
【0099】
次いで、図16(a)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aの発光層12側の面上に、透光基材42が形成される。透光基材42は、例えば、液状ガラスをスピンコートなどの方法により塗布し、硬化させることにより形成できる。液状ガラスは、スピンコートの他、スプレー工法により供給されることも可能であり、その供給方法は限定されない。ガラス層の硬化は、例えば200℃で1時間の加熱により実施可能である。透光層42の成膜材料としては、液状ガラスの他、用途に応じて適宜選択することが可能である。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
【0100】
あるいは、シリコーン樹脂などの樹脂材料を発光基材12Aの上にスピンコートなどにより塗布し、その後、オーブンに投入したり、UV(紫外線)により硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの透光基材42を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0101】
次に、図16(b)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Bの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
最後に、図16(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Bが切り出され、第2実施形態に係る光半導体装置1Bが得られる。
【0102】
以上説明したように、本実施形態によれば、第2実施形態に係る光半導体装置1Bを製造することができ、その結果、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Bを製造することが可能であるので、光半導体装置1Bの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Bのコストを抑えることができる。
(第11の実施の形態)
本発明の第11の実施の形態について図17を参照しつつ説明する。本実施形態は、第4実施形態に係る光半導体装置1Dの製造方法について説明する。本実施形態については、第1乃至第10の実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0103】
図17は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に示す発光層12の成膜工程から図15(a)に表したリフトオフ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
【0104】
リフトオフ工程後、図17(a)に表したように、蛍光層41が発光基材12Aの発光層12側の面上に形成される。蛍光層41は、蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂や液状ガラスなどを用いて形成される。これにより、光半導体装置1Dの蛍光層4が形成される。
【0105】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂(あるいは液状ガラスなど)は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、発光基材12Aの上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した治具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0106】
あるいは、蛍光層41は、スパッタ法により発光基材12Aの上に形成することも可能である。このとき、スパッタを複数回行うことにより蛍光層41を積層することも可能であり、第4実施形態に係る光半導体装置1Dを製造することができる。なお、蛍光層41は、CVD装置を用いて成膜することも可能である。
蛍光体の材料をスパッタやCVDにより堆積させた場合には、高い濃度の蛍光体を含有する蛍光層41を形成することが可能である。
【0107】
次に、図17(b)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Dの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
最後に、図17(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Dが切り出され、第4実施形態に係る光半導体装置1Dが得られる。
【0108】
以上説明したように、本実施形態によれば、第4実施形態に係る光半導体装置1Dを製造することができ、その結果、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Dを製造することが可能であるので、光半導体装置1Dの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Dのコストを抑えることができる。
(第12の実施の形態)
本発明の第12の実施の形態について図18を参照しつつ説明する。本実施形態は、第5実施形態に係る光半導体装置1Eの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第11の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0109】
図18は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図18(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(d)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図18(a)に表したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光層12がリフトオフされる。
【0110】
次いで、図18(b)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aは、蛍光層19が設けられた光学ガラスウエハ等の透光基材18が、接着層20を介して発光層2に貼り合わされる。なお、別工程において蛍光基材が形成され、すなわち、透光性を有する無機物あるいは有機物からなる透光基材18上に蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂層などが蛍光層19として形成される。そして、その透光基材18上にシリコーン樹脂層が接着層20として形成される。このようにして、光半導体装置1Eの蛍光層4、透光層5及び接着層3が形成される。
【0111】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、透光基材18上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が透光基材18上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0112】
また、蛍光層19を形成した透光基材18と発光層12との貼り合わせは、透光基材18上にシリコーン樹脂をスプレー工法により供給し、その後、位置合わせ後に貼り合わせを行い、貼り合わせ状態の発光基材12A及び透光基材18をオーブンに投入し、硬化及び接着することによって行われる。シリコーン樹脂の硬化は例えば150℃で1時間の加熱により可能である。
【0113】
次に、図18(c)に表したように、Ni/Au層21が形成される。これにより、光半導体装置1Aの金属層11a、11bが形成される。
最後に、図18(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Eが切り出され、第5実施形態に係る光半導体装置1Eが得られる。
【0114】
以上説明したように、本実施形態によれば、第5実施形態に係る光半導体装置1Eを製造することができ、その結果、第5実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、レジスト層15の開口サイズ及び形状の変更することによって、第8の実施の形態に係る光半導体装置1Hを製造することができ、その結果、第8実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1E、1Hを製造することが可能であるので、光半導体装置1E、1Hの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1E、1Hのコストを抑えることができる。
(第13の実施の形態)
本発明の第13の実施の形態について図19を参照しつつ説明する。本実施形態は、第6実施形態に係る光半導体装置1Fの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第12の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0115】
図19は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
図19(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
【0116】
次いで、図19(a)に表したように、リフトオフにより形成された発光基材12Aの発光層12側の面上に、透光基材42が形成される。透光基材42は、例えば、液状ガラスをスピンコートなどの方法により塗布し、硬化させることにより形成できる。液状ガラスは、スピンコートの他、スプレー工法により供給されることも可能であり、その供給方法は限定されない。ガラス層の硬化は、例えば200℃で1時間の加熱により実施可能である。透光層42の成膜材料としては、液状ガラスの他、用途に応じて適宜選択することが可能である。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
【0117】
あるいは、シリコーン樹脂などの樹脂材料を発光基材12Aの上にスピンコートなどにより塗布し、その後、オーブンに投入したり、UV(紫外線)により硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの透光基材42を成膜するためには、シリコーン樹脂が発光基材12A上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した冶具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0118】
次に、図19(b)に表したように、透光基材42の上に、蛍光層41が形成される。蛍光層41は、蛍光体粒子を混合したシリコーン樹脂や液状ガラスなどを用いて形成される。これにより、光半導体装置1Fの蛍光層4が形成される。
【0119】
ここで、蛍光体粒子とシリコーン樹脂(あるいは液状ガラスなど)は、例えば、自公転式の混合装置で均一に混ぜ合わせた後、透光基材42の上にスピンコートにより供給され、その後、オーブンに投入されて硬化して形成できる。シリコーン樹脂としては、例えば150℃で1時間の加熱により硬化するものが用いられる。均一厚さの蛍光層4を成膜するためには、シリコーン樹脂が透光基材42の上に供給された後、スペーサが形成され、表面に剥離性の高いフッ素加工を施した治具が貼り合わされて硬化させられる。これにより、樹脂の表面張力による表面の湾曲を抑制して、均一厚さのシリコーン樹脂膜を成膜することが可能である。
【0120】
あるいは、蛍光層41は、スパッタ法により透光基材42の上に形成することも可能である。このとき、スパッタを複数回行うことにより蛍光層41を積層することも可能である。なお、蛍光層41は、CVD装置を用いて成膜することも可能である。蛍光体の材料をスパッタやCVDにより堆積させた場合には、高い濃度の蛍光体を含有する蛍光層41を形成することが可能である。
【0121】
次に、図19(c)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層43が無電解メッキ法により形成される。これにより、光半導体装置1Fの金属層11a、11bが形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第9実施形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
【0122】
最後に、図19(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Fが切り出され、第6実施形態に係る光半導体装置1Fが得られる。
【0123】
以上説明したように、本実施形態によれば、第6実施形態に係る光半導体装置1Fを製造することができ、その結果、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Fを製造することが可能であるので、光半導体装置1Fの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Fのコストを抑えることができる。
(第14の実施の形態)
本発明の第14の実施の形態について図20を参照しつつ説明する。本実施形態は、第7実施形態に係る光半導体装置1Gの製造方法について説明する。なお、第14実施形態については、第1乃至第13の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
【0124】
図20は、本実施形態の光半導体装置の製造方法の一部を表す工程断面図である。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に表した発光層12の成膜工程から図15(b)に表した示す貼り合わせ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
【0125】
貼り合わせ工程後、図20(a)に表したように、メッキ層16のCu電極上にNi/Au層などのコンタクト層31が無電解メッキ法により形成される。Niの無電解メッキ及びAuの無電解メッキに際しては、第6の実施の形態に係るNi/Au層21の形成工程と同様のメッキが行われる。
【0126】
次に、図20(b)に表したように、Sn−3.0Ag−0.5Cuのはんだペースト32が印刷法によりコンタクト層31上に塗布される。なお、はんだペースト32の塗布方法は印刷法に限られるものではない。
【0127】
その後、図20(c)に表したように、ウェーハの透光基材18がリフロー炉に通されてはんだが再溶融され、フラックス残渣が洗浄されることにより、はんだバンプ33がメッキ層16のCu電極上に形成される。これにより、光半導体装置1Bの金属層11a、11bが形成される。
【0128】
最後に、図20(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Gが切り出され、第7実施形態に係る光半導体装置1Gが得られる。
【0129】
以上説明したように、本実施形態によれば、第7実施形態に係る光半導体装置1Gを製造することができ、その結果、第7実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、一度の製造工程で多数の光半導体装置1Gを製造することが可能であるので、光半導体装置1Gの大量生産を実現することができ、その結果、光半導体装置1Gのコストを抑えることができる。
(他の実施の形態)
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
【符号の説明】
【0130】
1A〜1G…光半導体装置、2…発光層、4…蛍光層、5…透光層、7a…第1電極、7b…第2電極、8a…第1金属ポスト、8b…第2金属ポスト、10…封止層、11…基板、11a…第1金属層、11b…第2金属層、12…発光層、12A…発光基材、14…導電性膜(シード層)、15…犠牲層(レジスト層)、16…メッキ層、17…封止層(熱硬化樹脂層)、18…透光基材、19,41…蛍光層、21,33,43…金属層、42…透光層、M1…第1主面、M2…第2主面
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、
前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項2】
前記透光層の上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
【請求項3】
前記発光層と前記透光層とは、接着層を介して接合されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の光半導体装置。
【請求項4】
第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、
前記第1主面上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項5】
前記発光層は、基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板から分離された半導体積層体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光半導体装置。
【請求項6】
前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる2種類の蛍光体粒子を含有していることを特徴とする請求項2または4に記載の光半導体装置。
【請求項7】
前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる2種類の蛍光層が積層されて形成されていることを特徴とする請求項2または4に記載の光半導体装置。
【請求項8】
露出した前記第1金属ポストの端部に設けられた第1金属層と、
露出した前記第2金属ポストの端部に設けられた第2金属層と、
をさらに備え、
前記第1金属層及び前記第2金属層は、はんだバンプであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の光半導体装置。
【請求項9】
基板の上に複数の半導体層を含む半導体積層体をエピタキシャル成長させた後に前記基板から分離した前記半導体積層体の第1の主面側に正極及び負極の複数の組を形成して、発光層を形成する工程と、
前記発光層の前記第1の主面とは反対側の第2の主面側に、前記発光層から放出される光に対する透光性を有する透光層を形成する工程と、
前記正極及び負極の組ごとに個片化を行う工程と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項1】
第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、
前記第1主面上に設けられ、透光性を有する透光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項2】
前記透光層の上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
【請求項3】
前記発光層と前記透光層とは、接着層を介して接合されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の光半導体装置。
【請求項4】
第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極とを有する発光層と、
前記第1主面上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記第1金属ポストの端部及び前記第2金属ポストの端部を露出させて前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項5】
前記発光層は、基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板から分離された半導体積層体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光半導体装置。
【請求項6】
前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる2種類の蛍光体粒子を含有していることを特徴とする請求項2または4に記載の光半導体装置。
【請求項7】
前記蛍光層は、少なくとも組成の異なる2種類の蛍光層が積層されて形成されていることを特徴とする請求項2または4に記載の光半導体装置。
【請求項8】
露出した前記第1金属ポストの端部に設けられた第1金属層と、
露出した前記第2金属ポストの端部に設けられた第2金属層と、
をさらに備え、
前記第1金属層及び前記第2金属層は、はんだバンプであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の光半導体装置。
【請求項9】
基板の上に複数の半導体層を含む半導体積層体をエピタキシャル成長させた後に前記基板から分離した前記半導体積層体の第1の主面側に正極及び負極の複数の組を形成して、発光層を形成する工程と、
前記発光層の前記第1の主面とは反対側の第2の主面側に、前記発光層から放出される光に対する透光性を有する透光層を形成する工程と、
前記正極及び負極の組ごとに個片化を行う工程と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【公開番号】特開2011−258675(P2011−258675A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−130526(P2010−130526)
【出願日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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