発光装置
【課題】放熱性に優れた発光装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、発光装置は、発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備える。前記発光チップは、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、樹脂層と、を有する。前記配線板は、前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、を有する。
【解決手段】実施形態によれば、発光装置は、発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備える。前記発光チップは、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、樹脂層と、を有する。前記配線板は、前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光や白色光を放出可能な発光装置の用途は、照明装置、画像表示装置のバックライト光源、ディスプレイ装置などに拡大している。特に、白熱電球のような高光束を得るには、大電流を流すことによる発熱が避けられず、高い放熱性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４４０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、放熱性に優れた発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、発光装置は、発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備える。前記発光チップは、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、樹脂層と、を有する。前記半導体層は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む。前記第１の電極は、前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた。前記第２の電極は、前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた。前記絶縁層は、前記半導体層の前記第２の主面側に設けられた。前記第１の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された。前記第２の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である。前記第１の金属ピラーは、前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた。前記第２の金属ピラーは、前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の前記面に設けられた。前記樹脂層は、前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた。前記配線板は、前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る発光装置の模式断面図。
【図２】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図３】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図４】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図５】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図６】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図７】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図８】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図９】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図１０】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図１１】発光チップの他の具体例を示す模式断面図。
【図１２】発光チップのさらに他の具体例を示す模式断面図。
【図１３】第２実施形態に係る発光装置の模式断面図。
【図１４】第２実施形態の他の具体例を示す模式断面図。
【図１５】変形例の発光装置の模式断面図。
【図１６】他の変形例の発光装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。また、工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発光装置の模式断面図である。
【０００９】
本実施形態に係る発光装置は、発光チップ５と、外部端子５０と、外部端子５０を介して発光チップ５が実装された配線板６０とを備える。
【００１０】
発光チップ５は半導体層１５を有する。例えば、本実施形態では、発光チップ５は、互いに分離された複数の半導体層１５を有する。各半導体層１５は、第１の主面１５ａと、その反対側に形成された第２の主面を有する。第２の主面側に電極及び配線層が設けられ、光は、主として第１の主面１５ａから取り出される。
【００１１】
各半導体層１５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３を有する。第１の半導体層１１は、例えばｎ型のＧａＮ層であり、電流の横方向経路として機能する。但し、第１の半導体層１１の導電型はｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。第２の半導体層１３は、発光層（活性層）１２を、ｎ型層とｐ型層とで挟んだ積層構造を有する。
【００１２】
半導体層１５の第２の主面側は凹凸形状に加工され、第２の主面側には上段部と下段部が設けられている。第１の主面１５ａから見て下段部よりも上段側に位置する上段部は、発光層１２を含む。下段部は、発光層１２を含まず、発光層１２の外周（端部）よりも外側に設けられている。
【００１３】
上段部の表面である第２の半導体層１３の表面には、第１の電極としてｐ側電極１６が設けられている。すなわち、ｐ側電極１６は、発光層１２を有する領域に設けられている。下段部の第１の半導体層１１の表面には、第２の電極としてｎ側電極１７が設けられている。
【００１４】
図２（ｂ）に、ｐ側電極１６とｎ側電極１７の平面レイアウトの一例を示す。一つの半導体層１５において、ｐ側電極１６の面積の方がｎ側電極１７の面積よりも広い。したがって、発光領域を広く確保できる。
【００１５】
半導体層１５の第２の主面側は、絶縁層１８で覆われている。また、隣り合う複数の半導体層１５の間にも絶縁層１８が充填され、各半導体層１５の端部（側面）は絶縁層１８で覆われている。絶縁層１８は、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との間にも充填されている。絶縁層１８は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層１８としてシリコン酸化物を用いてもよい。
【００１６】
絶縁層１８において、半導体層１５に対する反対側の面は平坦化され、その面に第１の配線層としてのｐ側配線層２１と、第２の配線層としてのｎ側配線層２２が設けられている。ｐ側配線層２１は、ｐ側電極１６に達して絶縁層１８に形成された第１の開口１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と接続されている。ｎ側配線層２２は、ｎ側電極１７に達して絶縁層１８に形成された第２の開口１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と接続されている。
【００１７】
ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面には、第１の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面には、第２の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー２４が設けられている。
【００１８】
ｐ側金属ピラー２３の周囲、ｎ側金属ピラー２４の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、樹脂層２５で覆われている。樹脂層２５は、隣接するピラー間に充填されている。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面は、樹脂層２５から露出している。
【００１９】
各半導体層１５において発光層１２を含まない部分に設けられたｎ側電極１７と接続するｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７側の面よりも、ｎ側電極１７とは反対側の面において大きくなっている。すなわち、ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とが接触する面積は、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とが接触する面積より大きい。また、ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積は、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より大きい。また、ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１８上を、発光層１２の下に重なる位置まで延在する。
【００２０】
これにより、より広い発光層１２によって高い光出力を保ちつつ、半導体層１５における発光層１２を含まない部分の狭い面積に設けられたｎ側電極１７から、ｎ側配線層２２を介して、より広い引き出し電極を形成できる。
【００２１】
第１の半導体層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。第２の半導体層１３は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。
【００２２】
なお、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの表面（図１において下面）には、必要に応じて、防錆などを目的とした表面処理膜（例えば、Ｎｉ、Ａｕなどの無電解メッキ膜、プリコートされたはんだ等）が形成される。
【００２３】
ｎ側配線層２２、ｐ側配線層２１、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。
【００２４】
絶縁層１８には、複数の微細開口１８ａ、１８ｂが形成されるパターニングが行われる。このため、絶縁層１８として、微細開口のパターニング性に優れた例えばポリイミドなどの樹脂を用いるのが望ましい。
【００２５】
樹脂層２５は、低コストで厚く形成でき、且つｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の補強に適した樹脂を用いるのが望ましい。例えば、樹脂層２５として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。
【００２６】
半導体層１５の第１の主面１５ａ上には蛍光体層２８が設けられ、さらに蛍光体層２８の上にレンズ２７が設けられている。蛍光体層２８は、各半導体層１５の第１の主面１５ａ上、および隣接する半導体層１５間の絶縁層１８上に連続して一体に設けられている。
【００２７】
蛍光体層２８は、発光層１２からの光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層１２からの光と蛍光体層２８における波長変換光との混合光が放出可能となる。例えば発光層１２を窒化物系とすると、その発光層１２からの青色光と、例えば黄色蛍光体層２８における波長変換光である黄色光との混合色として白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層２８は、複数種の蛍光体（例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。
【００２８】
発光層１２から発光された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の主面１５ａ、蛍光体層２８およびレンズ２７を進んで、外部に放出される。
【００２９】
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の下面は、例えば、はんだ、あるいは他の金属材料からなるボールもしくはバンプ形状の外部端子５０を介して、配線板６０の表面に形成された配線６２に対して接合されている。
【００３０】
配線板６０は、配線６２と、配線６２の下で配線６２に接して設けられた放熱材を有する。放熱材は、絶縁性のセラミック基板６１である。セラミック基板６１の材料は、例えば、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウムなどである。中でも優れた熱伝導性及び高い電気絶縁性を備えた窒化アルミニウムが好ましい。
【００３１】
放熱材であるセラミック基板６１の厚みは、配線６２の厚みよりも厚い。配線６２は、例えば銅などの金属材料からなり、セラミック基板６１の表面に、所望のパターンでレイアウトされている。セラミック基板６１は、配線６２を支持すると共に、配線６２間を絶縁する。
【００３２】
接続対象の半導体層１５が異なり、且つ極性も異なる隣接する金属ピラーが、同じ配線６２に対して接合されている。例えば、図１の場合、隣接する２つの半導体層１５における一方の半導体層１５に対応して設けられたｐ側金属ピラー２３と、他方の半導体層１５に対応して設けられたｎ側金属ピラー２４とが、図１において真ん中に図示された配線６２に対して共通に接合されている。
【００３３】
すなわち、２つの半導体層１５が直列接続されている。複数の半導体層１５を直列接続することにより、高出力化が容易となる。さらに、すべての金属ピラー（あるいは外部端子５０）ごとに配線６２を形成する必要がなく、配線６２の幅やピッチに微細さが要求されず、信頼性が向上する。
【００３４】
なお、半導体層１５の直列接続数は２つに限定されることなく、より多段の直列接続が可能である。また、複数の半導体層１５を並列接続してもよい。
【００３５】
また、図１５に示すように、各々の金属ピラー２３、２４（あるいは外部端子５０）ごとに配線６２を形成してもよい。この場合、複数の半導体層１５を直列接続するために、接続対象の半導体層１５が異なり、且つ極性も異なる隣接するｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とを絶縁層１８の表面上でつなげてもかまわない。
【００３６】
ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３のそれぞれの厚み（図１において上下方向の厚み）は、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚みよりも厚い。各金属ピラー２３、２４のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は１以上であることに限らず、その比は１よりも小さくてもよい。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズよりも厚みが小さくてもよい。
【００３７】
本実施形態の構造によれば、半導体層１５が薄くても、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３および樹脂層２５を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。また、外部端子５０を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２４とｐ側金属ピラー２３が吸収することで緩和することができる。
【００３８】
発光チップ５において、電極１６、１７、配線層２１、２２、金属ピラー２３、２４などの熱伝導性に優れた金属から構成される要素がいずれも、半導体層１５よりも実装面側に形成されている。これにより、半導体層１５から発生した熱を実装面側の下方に効率よく伝導させることができる。さらに、金属ピラー２３、２４が、金属材料からなる外部端子５０を介して、金属材料からなる配線６２へと接合され、その配線６２の下には熱伝導性に優れたセラミック基板６１が設けられている。したがって、発光装置全体として、下方への熱伝導効率がよく、下方への放熱が促進され、発光効率を高めることができる。
【００３９】
セラミック基板６１は絶縁体である。したがって、発光装置を照明器具等に組み込むにあたって、セラミック基板６１の裏面（配線６２が形成された面の反対側の面）を、金属体８０に結合させても配線６２間の短絡を生じさせない。セラミック基板６１の裏面を金属体８０に結合させることで、放熱性をさらに向上させることができる。さらに、金属体８０にフィン構造部８０ａを設けることで、放熱面積を大きくしてよりいっそうの放熱性の向上を図れる。金属体８０は、発光装置が組み込まれる照明器具等の筐体であってもよいし、筐体とは別に設けられたものであってもよい。
【００４０】
次に、図２（ａ）〜図１０（ｂ）を参照して、発光チップ５の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成し、その上に発光層１２を含む第２の半導体層１３を形成する。これら半導体層１５が例えば窒化物系半導体の場合、半導体層１５は例えばサファイア基板上に結晶成長させることができる。
【００４２】
次に、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、図２（ａ）及びその下面図である図２（ｂ）に示すように、半導体層１５を貫通して基板１０に達する分離溝１４を形成する。分離溝１４は、ウェーハ状態の基板１０上で例えば格子状に形成され、半導体層１５を複数に分離する。
【００４３】
また、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、発光層１２を含む第２の半導体層１３の一部を除去して、第１の半導体層１１の一部を露出させる。これにより、半導体層１５の第２の主面側に、基板１０から見て相対的に上段に位置する上段部と、上段部よりも基板１０側の下段に位置する下段部が形成される。上段部は発光層１２を含み、下段部は発光層１２を含まない。
【００４４】
そして、上段部の表面（第２の半導体層１３の表面）にｐ側電極１６を、下段部の表面（第１の半導体層１１の表面）にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６とｎ側電極１７はどちらを先に形成してもよく、あるいはｐ側電極１６とｎ側電極１７とを同じ材料で同時に形成してもよい。
【００４５】
次に、基板１０上の露出している部分すべてを絶縁層１８で覆った後、図３（ａ）に示すように、例えばウェットエッチングにより絶縁層１８をパターニングし、絶縁層１８に選択的に第１の開口１８ａと第２の開口１８ｂを形成する。第１の開口１８ａは、ｐ側電極１６に達する。第２の開口１８ｂは、ｎ側電極１７に達する。分離溝１４には、絶縁層１８が充填される。
【００４６】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１８の表面、第１の開口１８ａおよび第２の開口１８ｂの内面に、連続したシードメタル１９を形成する。さらに、シードメタル１９上に選択的にレジスト４１を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。
【００４７】
これにより、図４（ａ）及びその下面図である図４（ｂ）に示すように、シードメタル１９上に、選択的にｐ側配線層２１とｎ側配線層２２が形成される。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２はメッキ法により同時に形成される銅材料からなる。ｐ側配線層２１は、第１の開口１８ａ内にも形成され、シードメタル１９を介してｐ側電極１６と接続される。ｎ側配線層２２は、第２の開口１８ｂ内にも形成され、シードメタル１９を介してｎ側電極１７と接続される。
【００４８】
ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。
【００４９】
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２のメッキに使ったレジスト４１は、例えば薬液で除去される（図５（ａ））。この後、図５（ｂ）に示すように、金属ピラー形成用の別のレジスト４２を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。レジスト４２は、レジスト４１よりも厚い。
【００５０】
これにより、図６（ａ）及びその下面図である図６（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１の表面にｐ側金属ピラー２３が形成され、ｎ側配線２２の表面にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。
【００５１】
レジスト４２は、図７（ａ）に示すように、例えば薬液で除去される。この後、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４をマスクにして、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングする（図７（ｂ））。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。
【００５２】
次に、図８（ａ）に示すように、絶縁層１８に対して樹脂層２５を積層させる。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間、およびｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面は、樹脂層２５で覆われる。樹脂層２５の裏面は研削され、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面は露出される。
【００５３】
この後、図８（ｂ）に示すように、基板１０を除去する。基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法により除去される。具体的には、基板１０の裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板１０に対して透過性を有し、第１の半導体層１１に対しては吸収領域となる波長を有する。
【００５４】
レーザ光が基板１０と第１の半導体層１１との界面に到達すると、その界面付近の第１の半導体層１１はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。例えば、第１の半導体層１１がＧａＮの場合、Ｇａと窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板１０と第１の半導体層１１との間に微小な隙間が形成され、基板１０と第１の半導体層１１とが分離する。
【００５５】
レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板１０を除去する。第１の主面１５ａ上から基板１０が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。
【００５６】
基板１０が除去された面は洗浄され、さらにフロスト処理により粗面化される。第１の主面１５ａが粗面化されることで、光取り出し効率を向上できる。
【００５７】
その後、図９（ａ）に示すように、第１の主面１５ａ上及び隣接する半導体層１５間の絶縁層１８上に蛍光体層２８が形成される。例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂をスピンコート法で塗布した後、熱硬化させることで、蛍光体層２８が形成される。さらに、図９（ｂ）に示すように、蛍光体層２８上にレンズ２７が形成される。
【００５８】
その後、図１０（ａ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３の下面及びｎ側金属ピラー２４の下面に、外部端子５０を設ける。なお、外部端子５０は、配線板６０側に供給してもよい。
【００５９】
そして、分離溝１４（図２（ａ）、（ｂ））の位置でダイシングし、発光チップ５に個片化する（図１０（ｂ））。ダイシング時、基板１０はすでに除去されている。さらに、分離溝１４には、半導体層１５は存在せず、絶縁層１８として樹脂を埋め込んでおけば、容易にダイシングでき生産性を向上できる。さらに、ダイシング時に半導体層１５が受けるダメージを回避することができる。また、個片化後に、半導体層１５の端部（側面）が樹脂で覆われて保護された構造が得られる。
【００６０】
個片化された発光チップ５は、複数の半導体層１５を含む。また、図１１に示すように、発光チップ５が、より多数の半導体層１５を含む構成であってもよい。あるいは、個片化された一つの発光チップ５は、１つの半導体層１５のみを含む構成であってもよい。この場合、図１６に示すように、複数の発光チップ５を配線板６０上に実装してもよい。また、複数の発光チップ５を配線板６０上に実装した構成において、発光チップ５は複数の半導体層１５を含んでいてもよい。
【００６１】
ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々の発光チップ５ごとに、配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。また、ウェーハレベルで検査することが可能となる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。
【００６２】
また、図１２に示すように、第１の主面１５ａ上にレンズ２７を設け、そのレンズ２７を覆うように第１の主面１５ａ上に蛍光体層２８を設けてもよい。また、レンズ２７は、凸状に限らず、凹状であってもよい。
【００６３】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係る発光装置の模式断面図である。
【００６４】
本実施形態に係る発光装置は、発光チップ５と、外部端子５０と、外部端子５０を介して発光チップ５が実装された配線板７０とを備える。発光チップ５の構成及び製造方法は、前述した第１実施形態と同じである。
【００６５】
配線板７０は、配線６２と、絶縁性の樹脂基板７５を有する。樹脂基板７５は、例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の樹脂材料を含浸させた構造を有する。配線６２は、例えば銅などの金属材料からなり、樹脂基板７５の表面に、所望のパターンでレイアウトされている。樹脂基板７５は、配線６２を支持すると共に、配線６２間を絶縁する。
【００６６】
配線板７０は、さらに、配線６２の下で配線６２に接して設けられた放熱材を有する。放熱材は、配線６２の下の樹脂基板７５に形成されたサーマルビア（放熱用スルーホール）７５ａ内に充填された金属材７３である。サーマルビア７５ａの深さ方向寸法、すなわち金属材３の縦方向の厚みは、配線６２の厚みよりも厚い。
【００６７】
一つの配線６２の下には、放熱材として複数本の金属材７３が設けられ、隣接する金属材７３間は、樹脂基板７５で絶縁されている。あるいは、複数本の金属材７３を結合させた、より大きな直径の金属材にしてもよい。
【００６８】
樹脂基板７５の裏面（配線６２が形成された面の反対側の面）には、金属パターン７２が形成されている。サーマルビア７５ａは金属パターン７２に達し、金属材７３の下端が金属パターン７２に接続している。金属パターン７２は、複数の配線６２に対応して複数形成されている。互いに対応する配線６２と金属パターン７２とは、金属材７３を介して接続されている。複数の金属パターン７２間は、複数の配線６２間を短絡させないように、互いに分離されている。金属パターン７２が分離された部分には樹脂基板７５が存在する。
【００６９】
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の下面は、外部端子５０を介して、配線板７０の表面に形成された配線６２に対して接合されている。
【００７０】
本実施形態でも、発光チップ５において、電極１６、１７、配線層２１、２２、金属ピラー２３、２４などの熱伝導性に優れた金属から構成される要素がいずれも、半導体層１５よりも実装面側に形成されている。これにより、半導体層１５から発生した熱を実装面側の下方に効率よく伝導させることができる。
【００７１】
さらに、金属ピラー２３、２４が、金属材料からなる外部端子５０を介して、金属材料からなる配線６２へと接合され、その配線６２の下には金属材７３及び金属パターン７２が設けられている。したがって、発光装置全体として、下方への熱伝導効率がよく、下方への放熱が促進され、発光効率を高めることができる。
【００７２】
金属パターン７２の下面の面積は、金属材７３と接続する面積よりも広い。すなわち、金属パターン７２は、金属材７３よりも広い面積で樹脂基板７５の裏面に広がっている。したがって、発光装置を照明器具等に組み込むにあたって、樹脂基板７５の裏面を放熱体８１に結合させることで、放熱性をさらに向上させることができる。さらに、放熱体８１にフィン構造部８１ａを設けることで、放熱面積を大きくしてよりいっそうの放熱性の向上を図れる。この場合、放熱体８１は絶縁性の放熱体であるため、複数の金属パターン７２間が短絡することがない。したがって、複数の配線６２間も短絡しない。放熱体８１は、例えば窒化アルミニウムなどの高放熱性のセラミックスからなる。あるいは、放熱体８１は、金属の表面に絶縁膜を被覆処理したものであってもよい。
【００７３】
あるいは、図１４に示すように、金属パターン７２の下に絶縁体８５を設ければ、配線板７０の裏面を、金属体８０に対して結合させることができる。絶縁体８５は、熱伝導性を有し、ペースト状、フィルム状あるいは板状に形成される。絶縁体８５は、例えば、セラミック粉末を含有するシリコーン樹脂などである。
【００７４】
前述した各実施形態において、基板１０をすべて除去しないで、薄く研削した上で第１の主面１５ａ上に残してもよい。基板１０を薄層化して残すことにより、基板１０をすべて除去する構造よりも機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。また、基板１０が残っていることで、個片化した後の反りを抑制でき、実装基板等への実装が容易になる。
【００７５】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形、代用、省略が可能である。
前述した金属体もしくは放熱体の一部分は、フィン形状になっているが、必ずしもフィン形状である必要はなく、表面積を大きくする構造であればよい。例えば、金属体もしくは放熱体が、より大きなものであっても構わないし、多数のワイヤーが付設されていても構わない。また、金属体もしくは放熱体が、他の大きな部品、例えば家屋の壁などに嵌め込まれる構造であっても構わない。
【００７６】
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【００７７】
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕを含有することができる。
【００７８】
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【００７９】
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを含有することができる。
【符号の説明】
【００８０】
５…発光チップ、１０…基板、１１…第１の半導体層、１２…発光層、１３…第２の半導体層、１５…半導体層、１５ａ…第１の主面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８…絶縁層、１９…シードメタル、２１…ｐ側配線層、２２…ｎ側配線層、２３…ｐ側金属ピラー、２４…ｎ側金属ピラー、２５…樹脂層、２７…レンズ、２８…蛍光体層、５０…外部端子、６０，７０…配線板、６１…セラミック基板、６２…配線、７２…金属パターン、７３…金属材、７５…樹脂基板、７５ａ…サーマルビア、８０…金属体、８１…絶縁性放熱体、８５…絶縁体
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可視光や白色光を放出可能な発光装置の用途は、照明装置、画像表示装置のバックライト光源、ディスプレイ装置などに拡大している。特に、白熱電球のような高光束を得るには、大電流を流すことによる発熱が避けられず、高い放熱性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４４０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、放熱性に優れた発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、発光装置は、発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備える。前記発光チップは、半導体層と、第１の電極と、第２の電極と、絶縁層と、第１の配線層と、第２の配線層と、第１の金属ピラーと、第２の金属ピラーと、樹脂層と、を有する。前記半導体層は、第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む。前記第１の電極は、前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた。前記第２の電極は、前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた。前記絶縁層は、前記半導体層の前記第２の主面側に設けられた。前記第１の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された。前記第２の配線層は、前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である。前記第１の金属ピラーは、前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた。前記第２の金属ピラーは、前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の前記面に設けられた。前記樹脂層は、前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた。前記配線板は、前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る発光装置の模式断面図。
【図２】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図３】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図４】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図５】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図６】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図７】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図８】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図９】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図１０】実施形態に係る発光チップの製造方法を示す模式図。
【図１１】発光チップの他の具体例を示す模式断面図。
【図１２】発光チップのさらに他の具体例を示す模式断面図。
【図１３】第２実施形態に係る発光装置の模式断面図。
【図１４】第２実施形態の他の具体例を示す模式断面図。
【図１５】変形例の発光装置の模式断面図。
【図１６】他の変形例の発光装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。また、工程を表す図面においては、ウェーハ状態における一部の領域を表す。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発光装置の模式断面図である。
【０００９】
本実施形態に係る発光装置は、発光チップ５と、外部端子５０と、外部端子５０を介して発光チップ５が実装された配線板６０とを備える。
【００１０】
発光チップ５は半導体層１５を有する。例えば、本実施形態では、発光チップ５は、互いに分離された複数の半導体層１５を有する。各半導体層１５は、第１の主面１５ａと、その反対側に形成された第２の主面を有する。第２の主面側に電極及び配線層が設けられ、光は、主として第１の主面１５ａから取り出される。
【００１１】
各半導体層１５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１３を有する。第１の半導体層１１は、例えばｎ型のＧａＮ層であり、電流の横方向経路として機能する。但し、第１の半導体層１１の導電型はｎ型に限らず、ｐ型であってもよい。第２の半導体層１３は、発光層（活性層）１２を、ｎ型層とｐ型層とで挟んだ積層構造を有する。
【００１２】
半導体層１５の第２の主面側は凹凸形状に加工され、第２の主面側には上段部と下段部が設けられている。第１の主面１５ａから見て下段部よりも上段側に位置する上段部は、発光層１２を含む。下段部は、発光層１２を含まず、発光層１２の外周（端部）よりも外側に設けられている。
【００１３】
上段部の表面である第２の半導体層１３の表面には、第１の電極としてｐ側電極１６が設けられている。すなわち、ｐ側電極１６は、発光層１２を有する領域に設けられている。下段部の第１の半導体層１１の表面には、第２の電極としてｎ側電極１７が設けられている。
【００１４】
図２（ｂ）に、ｐ側電極１６とｎ側電極１７の平面レイアウトの一例を示す。一つの半導体層１５において、ｐ側電極１６の面積の方がｎ側電極１７の面積よりも広い。したがって、発光領域を広く確保できる。
【００１５】
半導体層１５の第２の主面側は、絶縁層１８で覆われている。また、隣り合う複数の半導体層１５の間にも絶縁層１８が充填され、各半導体層１５の端部（側面）は絶縁層１８で覆われている。絶縁層１８は、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との間にも充填されている。絶縁層１８は、例えば、微細開口のパターニング性に優れたポリイミド等の樹脂である。あるいは、絶縁層１８としてシリコン酸化物を用いてもよい。
【００１６】
絶縁層１８において、半導体層１５に対する反対側の面は平坦化され、その面に第１の配線層としてのｐ側配線層２１と、第２の配線層としてのｎ側配線層２２が設けられている。ｐ側配線層２１は、ｐ側電極１６に達して絶縁層１８に形成された第１の開口１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と接続されている。ｎ側配線層２２は、ｎ側電極１７に達して絶縁層１８に形成された第２の開口１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と接続されている。
【００１７】
ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面には、第１の金属ピラーとしてｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面には、第２の金属ピラーとしてｎ側金属ピラー２４が設けられている。
【００１８】
ｐ側金属ピラー２３の周囲、ｎ側金属ピラー２４の周囲、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、樹脂層２５で覆われている。樹脂層２５は、隣接するピラー間に充填されている。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面は、樹脂層２５から露出している。
【００１９】
各半導体層１５において発光層１２を含まない部分に設けられたｎ側電極１７と接続するｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７側の面よりも、ｎ側電極１７とは反対側の面において大きくなっている。すなわち、ｎ側配線層２２とｎ側金属ピラー２４とが接触する面積は、ｎ側配線層２２とｎ側電極１７とが接触する面積より大きい。また、ｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３とが接触する面積は、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とが接触する面積より大きい。また、ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１８上を、発光層１２の下に重なる位置まで延在する。
【００２０】
これにより、より広い発光層１２によって高い光出力を保ちつつ、半導体層１５における発光層１２を含まない部分の狭い面積に設けられたｎ側電極１７から、ｎ側配線層２２を介して、より広い引き出し電極を形成できる。
【００２１】
第１の半導体層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。第２の半導体層１３は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。
【００２２】
なお、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの表面（図１において下面）には、必要に応じて、防錆などを目的とした表面処理膜（例えば、Ｎｉ、Ａｕなどの無電解メッキ膜、プリコートされたはんだ等）が形成される。
【００２３】
ｎ側配線層２２、ｐ側配線層２１、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３の材料としては、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材との優れた密着性を備えた銅がより好ましい。
【００２４】
絶縁層１８には、複数の微細開口１８ａ、１８ｂが形成されるパターニングが行われる。このため、絶縁層１８として、微細開口のパターニング性に優れた例えばポリイミドなどの樹脂を用いるのが望ましい。
【００２５】
樹脂層２５は、低コストで厚く形成でき、且つｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３の補強に適した樹脂を用いるのが望ましい。例えば、樹脂層２５として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。
【００２６】
半導体層１５の第１の主面１５ａ上には蛍光体層２８が設けられ、さらに蛍光体層２８の上にレンズ２７が設けられている。蛍光体層２８は、各半導体層１５の第１の主面１５ａ上、および隣接する半導体層１５間の絶縁層１８上に連続して一体に設けられている。
【００２７】
蛍光体層２８は、発光層１２からの光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため発光層１２からの光と蛍光体層２８における波長変換光との混合光が放出可能となる。例えば発光層１２を窒化物系とすると、その発光層１２からの青色光と、例えば黄色蛍光体層２８における波長変換光である黄色光との混合色として白色または電球色などを得ることができる。なお、蛍光体層２８は、複数種の蛍光体（例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。
【００２８】
発光層１２から発光された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の主面１５ａ、蛍光体層２８およびレンズ２７を進んで、外部に放出される。
【００２９】
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の下面は、例えば、はんだ、あるいは他の金属材料からなるボールもしくはバンプ形状の外部端子５０を介して、配線板６０の表面に形成された配線６２に対して接合されている。
【００３０】
配線板６０は、配線６２と、配線６２の下で配線６２に接して設けられた放熱材を有する。放熱材は、絶縁性のセラミック基板６１である。セラミック基板６１の材料は、例えば、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化アルミニウムなどである。中でも優れた熱伝導性及び高い電気絶縁性を備えた窒化アルミニウムが好ましい。
【００３１】
放熱材であるセラミック基板６１の厚みは、配線６２の厚みよりも厚い。配線６２は、例えば銅などの金属材料からなり、セラミック基板６１の表面に、所望のパターンでレイアウトされている。セラミック基板６１は、配線６２を支持すると共に、配線６２間を絶縁する。
【００３２】
接続対象の半導体層１５が異なり、且つ極性も異なる隣接する金属ピラーが、同じ配線６２に対して接合されている。例えば、図１の場合、隣接する２つの半導体層１５における一方の半導体層１５に対応して設けられたｐ側金属ピラー２３と、他方の半導体層１５に対応して設けられたｎ側金属ピラー２４とが、図１において真ん中に図示された配線６２に対して共通に接合されている。
【００３３】
すなわち、２つの半導体層１５が直列接続されている。複数の半導体層１５を直列接続することにより、高出力化が容易となる。さらに、すべての金属ピラー（あるいは外部端子５０）ごとに配線６２を形成する必要がなく、配線６２の幅やピッチに微細さが要求されず、信頼性が向上する。
【００３４】
なお、半導体層１５の直列接続数は２つに限定されることなく、より多段の直列接続が可能である。また、複数の半導体層１５を並列接続してもよい。
【００３５】
また、図１５に示すように、各々の金属ピラー２３、２４（あるいは外部端子５０）ごとに配線６２を形成してもよい。この場合、複数の半導体層１５を直列接続するために、接続対象の半導体層１５が異なり、且つ極性も異なる隣接するｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とを絶縁層１８の表面上でつなげてもかまわない。
【００３６】
ｎ側金属ピラー２４及びｐ側金属ピラー２３のそれぞれの厚み（図１において上下方向の厚み）は、半導体層１５、ｎ側電極１７、ｐ側電極１６、絶縁層１８、ｎ側配線層２２およびｐ側配線層２１を含む積層体の厚みよりも厚い。各金属ピラー２３、２４のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は１以上であることに限らず、その比は１よりも小さくてもよい。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズよりも厚みが小さくてもよい。
【００３７】
本実施形態の構造によれば、半導体層１５が薄くても、ｎ側金属ピラー２４、ｐ側金属ピラー２３および樹脂層２５を厚くすることで機械的強度を保つことが可能となる。また、外部端子５０を介して半導体層１５に加わる応力をｎ側金属ピラー２４とｐ側金属ピラー２３が吸収することで緩和することができる。
【００３８】
発光チップ５において、電極１６、１７、配線層２１、２２、金属ピラー２３、２４などの熱伝導性に優れた金属から構成される要素がいずれも、半導体層１５よりも実装面側に形成されている。これにより、半導体層１５から発生した熱を実装面側の下方に効率よく伝導させることができる。さらに、金属ピラー２３、２４が、金属材料からなる外部端子５０を介して、金属材料からなる配線６２へと接合され、その配線６２の下には熱伝導性に優れたセラミック基板６１が設けられている。したがって、発光装置全体として、下方への熱伝導効率がよく、下方への放熱が促進され、発光効率を高めることができる。
【００３９】
セラミック基板６１は絶縁体である。したがって、発光装置を照明器具等に組み込むにあたって、セラミック基板６１の裏面（配線６２が形成された面の反対側の面）を、金属体８０に結合させても配線６２間の短絡を生じさせない。セラミック基板６１の裏面を金属体８０に結合させることで、放熱性をさらに向上させることができる。さらに、金属体８０にフィン構造部８０ａを設けることで、放熱面積を大きくしてよりいっそうの放熱性の向上を図れる。金属体８０は、発光装置が組み込まれる照明器具等の筐体であってもよいし、筐体とは別に設けられたものであってもよい。
【００４０】
次に、図２（ａ）〜図１０（ｂ）を参照して、発光チップ５の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、基板１０の主面上に第１の半導体層１１を形成し、その上に発光層１２を含む第２の半導体層１３を形成する。これら半導体層１５が例えば窒化物系半導体の場合、半導体層１５は例えばサファイア基板上に結晶成長させることができる。
【００４２】
次に、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法で、図２（ａ）及びその下面図である図２（ｂ）に示すように、半導体層１５を貫通して基板１０に達する分離溝１４を形成する。分離溝１４は、ウェーハ状態の基板１０上で例えば格子状に形成され、半導体層１５を複数に分離する。
【００４３】
また、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、発光層１２を含む第２の半導体層１３の一部を除去して、第１の半導体層１１の一部を露出させる。これにより、半導体層１５の第２の主面側に、基板１０から見て相対的に上段に位置する上段部と、上段部よりも基板１０側の下段に位置する下段部が形成される。上段部は発光層１２を含み、下段部は発光層１２を含まない。
【００４４】
そして、上段部の表面（第２の半導体層１３の表面）にｐ側電極１６を、下段部の表面（第１の半導体層１１の表面）にｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６とｎ側電極１７はどちらを先に形成してもよく、あるいはｐ側電極１６とｎ側電極１７とを同じ材料で同時に形成してもよい。
【００４５】
次に、基板１０上の露出している部分すべてを絶縁層１８で覆った後、図３（ａ）に示すように、例えばウェットエッチングにより絶縁層１８をパターニングし、絶縁層１８に選択的に第１の開口１８ａと第２の開口１８ｂを形成する。第１の開口１８ａは、ｐ側電極１６に達する。第２の開口１８ｂは、ｎ側電極１７に達する。分離溝１４には、絶縁層１８が充填される。
【００４６】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１８の表面、第１の開口１８ａおよび第２の開口１８ｂの内面に、連続したシードメタル１９を形成する。さらに、シードメタル１９上に選択的にレジスト４１を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。
【００４７】
これにより、図４（ａ）及びその下面図である図４（ｂ）に示すように、シードメタル１９上に、選択的にｐ側配線層２１とｎ側配線層２２が形成される。ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２はメッキ法により同時に形成される銅材料からなる。ｐ側配線層２１は、第１の開口１８ａ内にも形成され、シードメタル１９を介してｐ側電極１６と接続される。ｎ側配線層２２は、第２の開口１８ｂ内にも形成され、シードメタル１９を介してｎ側電極１７と接続される。
【００４８】
ｎ側配線層２２においてｎ側電極１７に対する反対側の面は、ｎ側電極１７と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。同様に、ｐ側配線層２１においてｐ側電極１６に対する反対側の面は、ｐ側電極１６と接続する面よりも大きな面積でもって、絶縁層１８の表面上にパッド状に形成される。
【００４９】
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２のメッキに使ったレジスト４１は、例えば薬液で除去される（図５（ａ））。この後、図５（ｂ）に示すように、金属ピラー形成用の別のレジスト４２を形成し、シードメタル１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。レジスト４２は、レジスト４１よりも厚い。
【００５０】
これにより、図６（ａ）及びその下面図である図６（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１の表面にｐ側金属ピラー２３が形成され、ｎ側配線２２の表面にｎ側金属ピラー２４が形成される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４は、メッキ法により同時に形成される銅材料からなる。
【００５１】
レジスト４２は、図７（ａ）に示すように、例えば薬液で除去される。この後、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４をマスクにして、シードメタル１９の露出している部分をウェットエッチングする（図７（ｂ））。これにより、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とのシードメタル１９を介した電気的接続が分断される。
【００５２】
次に、図８（ａ）に示すように、絶縁層１８に対して樹脂層２５を積層させる。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間、およびｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填される。ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの側面は、樹脂層２５で覆われる。樹脂層２５の裏面は研削され、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの下面は露出される。
【００５３】
この後、図８（ｂ）に示すように、基板１０を除去する。基板１０は、例えばレーザーリフトオフ法により除去される。具体的には、基板１０の裏面側から第１の半導体層１１に向けてレーザ光が照射される。レーザ光は、基板１０に対して透過性を有し、第１の半導体層１１に対しては吸収領域となる波長を有する。
【００５４】
レーザ光が基板１０と第１の半導体層１１との界面に到達すると、その界面付近の第１の半導体層１１はレーザ光のエネルギーを吸収して分解する。例えば、第１の半導体層１１がＧａＮの場合、Ｇａと窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板１０と第１の半導体層１１との間に微小な隙間が形成され、基板１０と第１の半導体層１１とが分離する。
【００５５】
レーザ光の照射を、設定された領域ごとに複数回に分けてウェーハ全体にわたって行い、基板１０を除去する。第１の主面１５ａ上から基板１０が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。
【００５６】
基板１０が除去された面は洗浄され、さらにフロスト処理により粗面化される。第１の主面１５ａが粗面化されることで、光取り出し効率を向上できる。
【００５７】
その後、図９（ａ）に示すように、第１の主面１５ａ上及び隣接する半導体層１５間の絶縁層１８上に蛍光体層２８が形成される。例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂をスピンコート法で塗布した後、熱硬化させることで、蛍光体層２８が形成される。さらに、図９（ｂ）に示すように、蛍光体層２８上にレンズ２７が形成される。
【００５８】
その後、図１０（ａ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３の下面及びｎ側金属ピラー２４の下面に、外部端子５０を設ける。なお、外部端子５０は、配線板６０側に供給してもよい。
【００５９】
そして、分離溝１４（図２（ａ）、（ｂ））の位置でダイシングし、発光チップ５に個片化する（図１０（ｂ））。ダイシング時、基板１０はすでに除去されている。さらに、分離溝１４には、半導体層１５は存在せず、絶縁層１８として樹脂を埋め込んでおけば、容易にダイシングでき生産性を向上できる。さらに、ダイシング時に半導体層１５が受けるダメージを回避することができる。また、個片化後に、半導体層１５の端部（側面）が樹脂で覆われて保護された構造が得られる。
【００６０】
個片化された発光チップ５は、複数の半導体層１５を含む。また、図１１に示すように、発光チップ５が、より多数の半導体層１５を含む構成であってもよい。あるいは、個片化された一つの発光チップ５は、１つの半導体層１５のみを含む構成であってもよい。この場合、図１６に示すように、複数の発光チップ５を配線板６０上に実装してもよい。また、複数の発光チップ５を配線板６０上に実装した構成において、発光チップ５は複数の半導体層１５を含んでいてもよい。
【００６１】
ダイシングされる前までの前述した各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、個片化された個々の発光チップ５ごとに、配線及びパッケージングを行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。すなわち、個片化された状態で、すでに配線及びパッケージングが済んでいる。また、ウェーハレベルで検査することが可能となる。このため、生産性を高めることができ、その結果として価格低減が容易となる。
【００６２】
また、図１２に示すように、第１の主面１５ａ上にレンズ２７を設け、そのレンズ２７を覆うように第１の主面１５ａ上に蛍光体層２８を設けてもよい。また、レンズ２７は、凸状に限らず、凹状であってもよい。
【００６３】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係る発光装置の模式断面図である。
【００６４】
本実施形態に係る発光装置は、発光チップ５と、外部端子５０と、外部端子５０を介して発光チップ５が実装された配線板７０とを備える。発光チップ５の構成及び製造方法は、前述した第１実施形態と同じである。
【００６５】
配線板７０は、配線６２と、絶縁性の樹脂基板７５を有する。樹脂基板７５は、例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の樹脂材料を含浸させた構造を有する。配線６２は、例えば銅などの金属材料からなり、樹脂基板７５の表面に、所望のパターンでレイアウトされている。樹脂基板７５は、配線６２を支持すると共に、配線６２間を絶縁する。
【００６６】
配線板７０は、さらに、配線６２の下で配線６２に接して設けられた放熱材を有する。放熱材は、配線６２の下の樹脂基板７５に形成されたサーマルビア（放熱用スルーホール）７５ａ内に充填された金属材７３である。サーマルビア７５ａの深さ方向寸法、すなわち金属材３の縦方向の厚みは、配線６２の厚みよりも厚い。
【００６７】
一つの配線６２の下には、放熱材として複数本の金属材７３が設けられ、隣接する金属材７３間は、樹脂基板７５で絶縁されている。あるいは、複数本の金属材７３を結合させた、より大きな直径の金属材にしてもよい。
【００６８】
樹脂基板７５の裏面（配線６２が形成された面の反対側の面）には、金属パターン７２が形成されている。サーマルビア７５ａは金属パターン７２に達し、金属材７３の下端が金属パターン７２に接続している。金属パターン７２は、複数の配線６２に対応して複数形成されている。互いに対応する配線６２と金属パターン７２とは、金属材７３を介して接続されている。複数の金属パターン７２間は、複数の配線６２間を短絡させないように、互いに分離されている。金属パターン７２が分離された部分には樹脂基板７５が存在する。
【００６９】
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４の下面は、外部端子５０を介して、配線板７０の表面に形成された配線６２に対して接合されている。
【００７０】
本実施形態でも、発光チップ５において、電極１６、１７、配線層２１、２２、金属ピラー２３、２４などの熱伝導性に優れた金属から構成される要素がいずれも、半導体層１５よりも実装面側に形成されている。これにより、半導体層１５から発生した熱を実装面側の下方に効率よく伝導させることができる。
【００７１】
さらに、金属ピラー２３、２４が、金属材料からなる外部端子５０を介して、金属材料からなる配線６２へと接合され、その配線６２の下には金属材７３及び金属パターン７２が設けられている。したがって、発光装置全体として、下方への熱伝導効率がよく、下方への放熱が促進され、発光効率を高めることができる。
【００７２】
金属パターン７２の下面の面積は、金属材７３と接続する面積よりも広い。すなわち、金属パターン７２は、金属材７３よりも広い面積で樹脂基板７５の裏面に広がっている。したがって、発光装置を照明器具等に組み込むにあたって、樹脂基板７５の裏面を放熱体８１に結合させることで、放熱性をさらに向上させることができる。さらに、放熱体８１にフィン構造部８１ａを設けることで、放熱面積を大きくしてよりいっそうの放熱性の向上を図れる。この場合、放熱体８１は絶縁性の放熱体であるため、複数の金属パターン７２間が短絡することがない。したがって、複数の配線６２間も短絡しない。放熱体８１は、例えば窒化アルミニウムなどの高放熱性のセラミックスからなる。あるいは、放熱体８１は、金属の表面に絶縁膜を被覆処理したものであってもよい。
【００７３】
あるいは、図１４に示すように、金属パターン７２の下に絶縁体８５を設ければ、配線板７０の裏面を、金属体８０に対して結合させることができる。絶縁体８５は、熱伝導性を有し、ペースト状、フィルム状あるいは板状に形成される。絶縁体８５は、例えば、セラミック粉末を含有するシリコーン樹脂などである。
【００７４】
前述した各実施形態において、基板１０をすべて除去しないで、薄く研削した上で第１の主面１５ａ上に残してもよい。基板１０を薄層化して残すことにより、基板１０をすべて除去する構造よりも機械的強度を高めることができ、信頼性の高い構造とすることができる。また、基板１０が残っていることで、個片化した後の反りを抑制でき、実装基板等への実装が容易になる。
【００７５】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形、代用、省略が可能である。
前述した金属体もしくは放熱体の一部分は、フィン形状になっているが、必ずしもフィン形状である必要はなく、表面積を大きくする構造であればよい。例えば、金属体もしくは放熱体が、より大きなものであっても構わないし、多数のワイヤーが付設されていても構わない。また、金属体もしくは放熱体が、他の大きな部品、例えば家屋の壁などに嵌め込まれる構造であっても構わない。
【００７６】
赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・組成式（１）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．６＜ａ１＜０．９５、２＜ｂ１＜３．９、０．２５＜ｃ１＜０．４５、４＜ｄ１＜５．７）を用いることが好ましい。
組成式（１）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【００７７】
黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕを含有することができる。
【００７８】
緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。
サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ１−ｘ，Ｒｘ）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・組成式（２）
（ＭはＳｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、特に、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、特に、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ≦１、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１）を用いることが好ましい。
組成式（２）で表されるサイアロン系蛍光体を用いることで、波長変換効率の温度特性が向上し、大電流密度領域での効率をさらに向上させることができる。
【００７９】
青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕを含有することができる。
【符号の説明】
【００８０】
５…発光チップ、１０…基板、１１…第１の半導体層、１２…発光層、１３…第２の半導体層、１５…半導体層、１５ａ…第１の主面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８…絶縁層、１９…シードメタル、２１…ｐ側配線層、２２…ｎ側配線層、２３…ｐ側金属ピラー、２４…ｎ側金属ピラー、２５…樹脂層、２７…レンズ、２８…蛍光体層、５０…外部端子、６０，７０…配線板、６１…セラミック基板、６２…配線、７２…金属パターン、７３…金属材、７５…樹脂基板、７５ａ…サーマルビア、８０…金属体、８１…絶縁性放熱体、８５…絶縁体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備え、
前記発光チップは、
第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、
前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた第２の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面側に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である第２の配線層と、
前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の前記面に設けられた第２の金属ピラーと、
前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた樹脂層と、
を有し、
前記配線板は、
前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、
前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、
を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記放熱材の厚みは、前記配線の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記放熱材は、絶縁性のセラミック基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記セラミック基板における前記配線が形成された面の反対側の面が、金属体に結合されたことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記金属体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記配線板は、前記配線を支持する樹脂基板をさらに有し、
前記放熱材は、前記配線の下の前記樹脂基板に形成されたサーマルビア内に設けられた金属材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項７】
前記配線板は、前記樹脂基板における前記配線が形成された面に対する反対側の面に形成された金属パターンをさらに有し、
前記サーマルビアは前記金属パターンに達し、前記金属材の下端が前記金属パターンに接続されたことを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記金属パターンにおける前記金属材に対する反対側の面の面積は、前記金属材と接続する面積よりも広いことを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記金属パターンの下面が、絶縁性放熱体に結合されたことを特徴とする請求項７または８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記絶縁性放熱体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項９記載の発光装置。
【請求項１１】
前記金属パターンの下面が、熱伝導性を有する絶縁体を介して金属体に結合されたことを特徴とする請求項７または８に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記金属体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記第１の電極の面積は、前記第２の電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１４】
前記第２の配線層と前記第２の金属ピラーとが接触する面積は、前記第２の配線層と前記第２の電極とが接触する面積より大であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１５】
前記第２の配線層の一部は、前記絶縁層上を、前記発光層に重なる位置まで延在することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１６】
前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーのそれぞれの厚みは、前記半導体層、前記第１の電極、前記第２の電極、前記絶縁層、前記第１の配線層及び前記第２の配線層を含む積層体の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１】
発光チップと、金属材料からなる外部端子と、前記外部端子を介して前記発光チップが実装された配線板とを備え、
前記発光チップは、
第１の主面と、その反対側に形成された第２の主面と、発光層とを含む半導体層と、
前記第２の主面における前記発光層を有する領域に設けられた第１の電極と、
前記第２の主面における前記発光層の外周よりも外側に設けられた第２の電極と、
前記半導体層の前記第２の主面側に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第１の電極に達して形成された第１の開口内に設けられ、前記第１の電極と接続された第１の配線層と、
前記絶縁層における前記半導体層に対する反対側の面及び前記第２の電極に達して形成された第２の開口内に設けられて前記第２の電極と接続され、前記第２の電極と接続する面よりも前記第２の電極に対する反対側の面において面積が大である第２の配線層と、
前記第１の配線層における前記第１の電極に対する反対側の面に設けられた第１の金属ピラーと、
前記第２の配線層における前記第２の電極に対する反対側の前記面に設けられた第２の金属ピラーと、
前記第１の金属ピラーの側面と前記第２の金属ピラーの側面との間に設けられた樹脂層と、
を有し、
前記配線板は、
前記外部端子を介して前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーと接合された配線と、
前記配線の下で前記配線に接して設けられた放熱材と、
を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記放熱材の厚みは、前記配線の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記放熱材は、絶縁性のセラミック基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記セラミック基板における前記配線が形成された面の反対側の面が、金属体に結合されたことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記金属体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記配線板は、前記配線を支持する樹脂基板をさらに有し、
前記放熱材は、前記配線の下の前記樹脂基板に形成されたサーマルビア内に設けられた金属材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項７】
前記配線板は、前記樹脂基板における前記配線が形成された面に対する反対側の面に形成された金属パターンをさらに有し、
前記サーマルビアは前記金属パターンに達し、前記金属材の下端が前記金属パターンに接続されたことを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記金属パターンにおける前記金属材に対する反対側の面の面積は、前記金属材と接続する面積よりも広いことを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
前記金属パターンの下面が、絶縁性放熱体に結合されたことを特徴とする請求項７または８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記絶縁性放熱体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項９記載の発光装置。
【請求項１１】
前記金属パターンの下面が、熱伝導性を有する絶縁体を介して金属体に結合されたことを特徴とする請求項７または８に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記金属体は、フィン構造部を有することを特徴とする請求項１１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記第１の電極の面積は、前記第２の電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１４】
前記第２の配線層と前記第２の金属ピラーとが接触する面積は、前記第２の配線層と前記第２の電極とが接触する面積より大であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１５】
前記第２の配線層の一部は、前記絶縁層上を、前記発光層に重なる位置まで延在することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１６】
前記第１の金属ピラー及び前記第２の金属ピラーのそれぞれの厚みは、前記半導体層、前記第１の電極、前記第２の電極、前記絶縁層、前記第１の配線層及び前記第２の配線層を含む積層体の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の発光装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２４９５０１（Ｐ２０１１−２４９５０１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０２６０（Ｐ２０１０−１２０２６０）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【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８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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