(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、その反対側に形成された第２の面と、発光層とを有し、窒化ガリウムを含む半導体層と、
前記半導体層に設けられたｐ側電極と、
前記半導体層に設けられたｎ側電極と、
前記半導体層の周囲に設けられた絶縁層と、
前記半導体層の前記第１の面上に設けられ、前記発光層からの放出光に対して透明な透明樹脂と、
前記第１の面と前記透明樹脂との間で前記第１の面に接して設けられるとともに、前記絶縁層と前記透明樹脂との間で前記絶縁層および前記透明樹脂に接して設けられ、前記窒化ガリウムの屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有し、かつシリコンと窒素とを主成分とする無機膜と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１の面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記無機膜は前記凹凸に沿って設けられ、前記無機膜の表面にも凹凸が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記透明樹脂は、前記無機膜の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記透明樹脂に分散された蛍光体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第２の面側に設けられ、外部接続可能なｐ側外部端子を有するとともに、前記ｐ側電極に接続されたｐ側配線部と、
前記第２の面側に設けられ、外部接続可能なｎ側外部端子を有するとともに、前記ｎ側電極に接続されたｎ側配線部と、
前記ｐ側配線部と前記ｎ側配線部との間に設けられた樹脂層と、
をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記第２の面側に設けられ、前記第ｐ側電極に通じる第１のビアと、前記ｎ側電極に通じる第２のビアと、前記半導体層に対する反対側に形成された配線面とを有する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の前記配線面上に設けられ、前記第１のビアを通じて前記ｐ側電極と電気的に接続されたｐ側配線部と、
前記ｐ側配線部に対して離間して、前記配線面上に設けられ、前記第２のビアを通じて前記ｎ側電極と電気的に接続されたｎ側配線部と、
前記ｐ側配線部と前記ｎ側配線部との間に設けられた第２の絶縁層と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記ｐ側配線部は、複数の前記第１のビアを介して、前記ｐ側電極と接続されていることを特徴とする請求項７記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記ｐ側配線部は、
前記第１のビア内及び前記配線面上に設けられたｐ側配線層と、
前記ｐ側配線層上に設けられ、前記ｐ側配線層よりも厚いｐ側金属ピラーと、
を有し、
前記ｎ側配線部は、
前記第２のビア内及び前記配線面上に設けられたｎ側配線層と、
前記ｎ側配線層上に設けられ、前記ｎ側配線層よりも厚いｎ側金属ピラーと、
を有することを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記ｎ側配線層の面積は、前記ｎ側電極の面積よりも広いことを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記ｐ側金属ピラーは、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層から露出されたｐ側外部端子を有し、
前記ｎ側金属ピラーは、前記ｐ側外部端子と同じ面で前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層から露出されたｎ側外部端子を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか１つに記載された半導体発光装置と、
前記ｐ側配線部及び前記ｎ側配線部に電気的に接続された実装基板と、
を備えた発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光装置及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料を用いた発光層は、サファイア基板上に形成されることが多い。光の取り出し面の反対側にｐ側電極及びｎ側電極が設けられたフリップチップ実装タイプのデバイスでは、光は、ＧａＮ層からサファイア基板を経て空気中に取り出される。ＧａＮ層、サファイア基板、空気の屈折率は、それぞれ、２．４、１．８、１．０であり、光が取り出される方向に媒質の屈折率が段階的に変化している。
【０００３】
一方、デバイスの小型化や薄膜化のためにサファイア基板を除去した構造が提案されている。この場合、サファイア基板がないため、ＧａＮ層から空気に向かう方向で媒質の屈折率が大きく変化し、光の取り出し効率の低下が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１４８１９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態によれば、光取り出し効率を高めた半導体発光装置及び発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、半導体発光装置は、半導体層と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、絶縁層と、透明樹脂と、無機膜と、を備えている。前記半導体層は、第１の面と、その反対側に形成された第２の面と、発光層とを有する。前記半導体層は、窒化ガリウムを含む。前記ｐ側電極は、前記半導体層に設けられている。前記ｎ側電極は、前記半導体層に設けられている。前記絶縁層は、前記半導体層の周囲に設けられている。前記透明樹脂は、前記半導体層の前記第１の面上に設けられ、前記発光層からの放出光に対して透明である。前記無機膜は、前記第１の面と前記透明樹脂との間で前記第１の面に接して設けられるとともに、前記絶縁層と前記透明樹脂との間で前記絶縁層および前記透明樹脂に接して設けられ、前記窒化ガリウムの屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有し、かつシリコンと窒素とを主成分とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図２】図１における要部の拡大断面図。
【図３】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図４】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図５】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図６】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図７】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図８】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図９】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１０】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１１】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１２】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１３】実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１４】他の実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。なお、製造工程を表す図面においては、複数の半導体層１５（チップ）を含むウェーハの一部の領域を表している。
【０００９】
図１（ａ）は、実施形態の半導体発光装置１０の模式断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における要部の拡大図を表す。
【００１０】
半導体発光装置１０は半導体層１５を有する。半導体層１５は、第１の面１５ａと、その反対側に形成された第２の面を有する。第２の面側に電極及び配線層が設けられ、その反対側の第１の面１５ａから主として光が外部に放出される。
【００１１】
半導体層１５は、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２を有する。第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２は、窒化ガリウムを含む。第１の半導体層１１は、例えば下地バッファ層、ｎ型層などを含み、ｎ型層は電流の横方向経路として機能する。第２の半導体層１２は、発光層（活性層）１３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の面側は凹凸形状に加工されている。その第２の面側に形成された凸部は発光層１３を含む。その凸部の表面である第２の半導体層１２の表面には、ｐ側電極１６が設けられている。ｐ側電極１６は、発光層１３を有する領域に設けられている。
【００１３】
半導体層１５の第２の面側において凸部の横には、発光層１３を含む第２の半導体層１２がない領域が設けられ、その領域の第１の半導体層１１の表面に、ｎ側電極１７が設けられている。ｎ側電極１７は、発光層１３を含まない領域に設けられている。
【００１４】
図４（ｂ）に示すように、半導体層１５の第２の面側において、発光層１３を含む第２の半導体層１２の面積は、発光層１３を含まない第１の半導体層１１の面積よりも広い。
【００１５】
また、図５（ｂ）に示すように、ひとつの半導体層１５において、発光層１３を含む領域に設けられたｐ側電極１６の方が、発光層１３を含まない領域に設けられたｎ側電極１７よりも面積が広い。これにより、広い発光領域が得られる。なお、図５（ｂ）に示すｐ側電極１６及びｎ側電極１７のレイアウトは一例であって、これに限らない。
【００１６】
半導体層１５の第２の面側には、第１の絶縁層（以下、単に絶縁層と言う）１８が設けられている。絶縁層１８は、半導体層１５、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７を覆っている。また、絶縁層１８と半導体層１５との間に別の絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）が設けられることもある。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やシリコン窒化物等の無機物を用いてもよい。
【００１７】
絶縁層１８は、半導体層１５に対する反対側に配線面１８ｃを有する。その配線面１８ｃには、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とが互いに離間して設けられている。
【００１８】
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のビア１８ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と電気的に接続されている。なお、ｐ側配線層２１は必ずしも絶縁層１８上に形成されなくてもよい。例えば、ｐ側電極１６上にだけｐ側配線層２１が設けられた構造であってもよい。
【００１９】
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のビア１８ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と電気的に接続されている。
【００２０】
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、ｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｐ側配線層２１及びｐ側金属ピラー２３は、本実施形態におけるｐ側配線部を構成する。
【００２１】
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、ｎ側金属ピラー２４が設けられている。ｎ側配線層２２及びｎ側金属ピラー２４は、本実施形態におけるｎ側配線部を構成する。
【００２２】
絶縁層１８の配線面１８ｃには、第２の絶縁層として樹脂層２５が設けられている。樹脂層２５は、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を覆っている。また、樹脂層２５は、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、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面を覆っている。
【００２３】
ｐ側金属ピラー２３におけるｐ側配線層２１に対する反対側の面はｐ側外部端子２３ａとして機能する。ｎ側金属ピラー２４におけるｎ側配線層２２に対する反対側の面はｎ側外部端子２４ａとして機能する。
【００２４】
ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａは、絶縁層１８及び樹脂層２５から露出され、実装基板に形成されたパッドに、はんだ、その他の金属、導電性材料等の接合材を介して接合される。
【００２５】
同じ面に露出するｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間の距離は、絶縁層１８の配線面１８ｃ上でのｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間の距離よりも大きい。すなわち、ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとは、実装基板への実装時にはんだ等によって相互に短絡しない距離を隔てて離れている。
【００２６】
ｐ側配線層２１の平面サイズは、ｐ側外部端子２３ａの平面サイズよりも大きい。ｐ側配線層２１は、例えば銅などの低抵抗金属を用いて形成することができる。このため、ｐ側配線層２１の面積が広いほど発光層１３を含む第２の半導体層１２に対して、より均一な分布で電流を供給することが可能となる。さらに、ｐ側配線層２１の熱伝導率も高くすることができ、第２の半導体層１２で発生した熱を効率的に逃がすことも可能となる。
【００２７】
ｐ側電極１６は、発光層１３を含む領域に広がっている。したがって、複数の第１のビア１８ａを介してｐ側配線層２１とｐ側電極１６とを接続することで、発光層１３への電流分布が向上し、且つ発光層１３で発生した熱の放熱性も向上できる。
【００２８】
ｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７の面積よりも広い。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、ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１８の配線面１８ｃ上を、発光層１３の下に重なる位置まで延在している。
【００２９】
これにより、広い領域にわたって形成された発光層１３によって高い光出力を得つつ、発光層１３を含まない狭い領域に設けられた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。
【００３０】
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場合もあるし、小さい場合もある。
【００３１】
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側外部端子２４ａを有するｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。発光層１３を含む第２の半導体層１２は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介して、ｐ側外部端子２３ａを有するｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。
【００３２】
ｐ側金属ピラー２３はｐ側配線層２１よりも厚く、ｎ側金属ピラー２４はｎ側配線層２２よりも厚い。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４、樹脂層２５のそれぞれの厚さは、半導体層１５よりも厚い。なお、ここでの「厚さ」は、図１（ａ）及び（ｂ）において上下方向の厚さを表す。
【００３３】
ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４のそれぞれの厚さは、半導体層１５、ｐ側電極１６、ｎ側電極１７および絶縁層１８を含む積層体の厚さよりも厚い。なお、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さが小さくてもよい。
【００３４】
したがって、半導体層１５を形成するために使用した後述する基板５がなくても、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５によって、半導体層１５を安定して支持し、半導体発光装置１０の機械的強度を高めることができる。
【００３５】
ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４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、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性及び絶縁材料との優れた密着性が得られる。
【００３６】
樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を補強する。樹脂層２５は、実装基板と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層２５として、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などを一例として挙げることができる。
【００３７】
また、ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａを介して、半導体発光装置１０を実装基板に実装した状態において、はんだ等を介して半導体層１５に加わる応力を、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４が吸収することで緩和することができる。
【００３８】
第１の面１５ａには、微小な凹凸が形成されている。第１の面１５ａに対して、例えばアルカリ系溶液を使ったウェットエッチング（フロスト処理）を行い、凹凸が形成される。凹凸における凸部の高さもしくは凹部の深さは、１．０〜１．２（μｍ）ほどである。発光層１３から放出された光の主たる取り出し面である第１の面１５ａに凹凸を設けることで、様々な角度で第１の面１５ａに入射する光を全反射させることなく第１の面１５ａの外側に取り出すことができる。
【００３９】
また、第１の面１５ａには、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）とを主成分とする無機膜３０が形成されている。無機膜３０として、例えばシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などを用いることができる。
【００４０】
無機膜３０は、半導体層１５に使われている窒化ガリウムと、空気との間の屈折率を有する。無機膜３０は、例えば屈折率が１．５〜２．４の膜である。また、無機膜３０は、発光層１３から放出される光に対して透明である（透過性を有する）。
【００４１】
無機膜３０は、第１の面１５ａの凹凸に沿って設けられ、第１の面１５ａの凹凸における凹部を埋めていない。すなわち、無機膜３０の表面にも、第１の面１５ａの凹凸を反映させた凹凸が形成されている。
【００４２】
半導体層１５の周囲は絶縁層１８で覆われている。絶縁層１８は、半導体層１５の第１の面１５ａと同じ方向（図１（ａ）及び（ｂ）において上方）を向く第１の面を有する。その絶縁層１８の第１の面にも無機膜３０が設けられている。
【００４３】
無機膜３０上には、発光層１３からの放出光に対して透明な透明体として蛍光体層２７が設けられている。また、上記透明体として無機膜３０上にレンズを設けてもよい。蛍光体層２７は、無機膜３０の表面の凹凸における凹部内にも埋め込まれる。
【００４４】
蛍光体層２７は、透明樹脂と、透明樹脂に分散された蛍光体とを含む。蛍光体層２７は、発光層１３からの放出光を吸収し波長変換光を放出可能である。このため、半導体発光装置１０は、発光層１３からの光と、蛍光体層２７における波長変換光との混合光を放出可能である。
蛍光体層２７中の透明樹脂は、無機膜３０の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する。その透明樹脂は、例えば屈折率が１．４〜１．６の樹脂である。例えば屈折率が１．５３の樹脂を上記透明樹脂として用いることができる。
【００４５】
例えば、蛍光体が黄色光を発光する黄色蛍光体とすると、ＧａＮ系材料である発光層１３からの青色光と、蛍光体層２７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２７は、複数種の蛍光体（例えば、赤色光を発光する赤色蛍光体と、緑色光を発光する緑色蛍光体）を含む構成であってもよい。
【００４６】
発光層１３から放出された光は、主に、第１の半導体層１１、第１の面１５ａ、無機膜３０および蛍光体層２７を進んで、外部に放出される。
【００４７】
後述するように、半導体層１５を形成するときに使った基板５は第１の面１５ａ上から除去される。このため、半導体発光装置１０を低背化できる。
【００４８】
そして、本実施形態では、窒化ガリウムを含む第１の面１５ａに、その窒化ガリウムと空気との間の屈折率を有する無機膜３０を設けている。これにより、第１の面１５ａを通じた光の取り出し方向で、媒質の屈折率が大きく変化するのを防いで、光の取り出し効率を向上できる。
【００４９】
屈折率が２．４８のＧａＮの表面（第１の面１５ａに対応）に、凸部の高さもしくは凹部の深さが１．０〜１．２（μｍ）の凹凸を形成し、その凹凸に沿って、無機膜３０として屈折率１．９０のＳｉＯＮ膜を２００（ｎｍ）の膜厚で形成し、さらにその無機膜３０上に屈折率が１．４１の樹脂を形成した構造について、光取り出し効率をシミュレーションしたところ、無機膜３０を設けずに単に第１の面１５ａに凹凸を形成しただけの場合に比べて、２％程度光取り出し効率を向上できた。
【００５０】
また、無機膜３０は第１の面１５ａの凹凸に沿って形成され、無機膜３０の表面にも凹凸が形成されている。このため、様々な角度で第１の面１５ａに入射する光を全反射させることなく第１の面１５ａ及び無機膜３０を透過させることができる。
【００５１】
また、通常、半導体層１５は数μｍ程度と薄いため、第１の面１５ａに凹凸を形成する際にクラックが生じたり、また半導体層１５と絶縁層１８との剥離が生じることがある。
【００５２】
本実施形態では、第１の面１５ａは無機膜３０でコーティングされる。したがって、第１の面１５ａに生じたクラックや、絶縁層１８からの剥離により生じた隙間を無機膜３０で覆うことができる。このため、第１の面１５ａ上に蛍光体層２７などを、ボイドを生じさせることなく、また密着性良く形成することができる。
【００５３】
次に、図２（ａ）〜図１３（ｂ）を参照して、実施形態の半導体発光装置１０の製造方法について説明する。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。
【００５４】
図２（ａ）は、基板５の主面上に、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２を形成した積層体を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）における下面図に対応する。
【００５５】
基板５の主面上に第１の半導体層１１が形成され、その上に発光層１３を含む第２の半導体層１２が形成される。窒化ガリウムを含む第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２は、例えばサファイア基板上にＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法で結晶成長させることができる。
【００５６】
第１の半導体層１１は、下地バッファ層、ｎ型ＧａＮ層を含む。第２の半導体層１２は、発光層（活性層）１３、ｐ型ＧａＮ層を含む。発光層１３は、青、紫、青紫、紫外光などを発光するものを用いることができる。
【００５７】
第１の半導体層１１における基板５に接する面が、半導体層１５の第１の面１５ａであり、第２の半導体層１２の表面が半導体層１５の第２の面１５ｂである。
【００５８】
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３（ａ）及びその下面図である図３（ｂ）に示すように、ダイシング領域ｄ１、ｄ２に、半導体層１５を貫通して基板５に達する溝を形成する。ダイシング領域ｄ１、ｄ２は、ウェーハ状態の基板５上で例えば格子状に形成される。ダイシング領域ｄ１、ｄ２に形成された溝も格子状に形成され、半導体層１５を複数のチップに分離する。
【００５９】
なお、半導体層１５を複数に分離する工程は、後述する第２の半導体層１２の選択的除去後、あるいは電極の形成後に行ってもよい。
【００６０】
次に、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ法で、図４（ａ）及びその下面図である図４（ｂ）に示すように、第２の半導体層１２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。第１の半導体層１１が露出された領域は、発光層１３を含まない。
【００６１】
次に、図５（ａ）及びその下面図である図５（ｂ）に示すように、第２の面にｐ側電極１６とｎ側電極１７を形成する。ｐ側電極１６は、第２の半導体層１２の表面に形成される。ｎ側電極１７は、第１の半導体層１１の露出面に形成される。
【００６２】
ｐ側電極１６及びｎ側電極１７は、例えば、スパッタ法、蒸着法等で形成される。ｐ側電極１６とｎ側電極１７は、どちらを先に形成してもよいし、同じ材料で同時に形成してもよい。
【００６３】
ｐ側電極１６は、発光層１３からの放出光に対して反射性を有する、例えば、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を含む。また、ｐ側電極１６の硫化、酸化防止のため、金属保護膜を含む構成であってもよい。
【００６４】
また、ｐ側電極１６とｎ側電極１７との間や、発光層１３の端面（側面）にパッシベーション膜として、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜をＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で形成してもよい。また、各電極と半導体層とのオーミックコンタクトをとるための活性化アニールなどは必要に応じて実施される。
【００６５】
次に、図６（ａ）に示すように、基板５の主面上の露出している部分すべてを絶縁層１８で覆った後、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のビア１８ａと第２のビア１８ｂを形成する。第１のビア１８ａは複数形成される。各々の第１のビア１８ａはｐ側電極１６に達する。第２のビア１８ｂはｎ側電極１７に達する。
【００６６】
絶縁層１８としては、例えば、感光性ポリイミド、ベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene）などの有機材料を用いることができる。この場合、レジストを使わずに、絶縁層１８に対して直接露光及び現像が可能である。あるいは、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機膜を絶縁層１８として使用してもよい。無機膜の場合、レジストをパターニングした後のエッチングによって第１のビア１８ａ及び第２のビア１８ｂが形成される。
【００６７】
次に、絶縁層１８における半導体層１５に対する反対側の面である配線面１８ｃに、図６（ｂ）に示すように、後述するメッキのシードメタルとして使われる金属膜１９を形成する。金属膜１９は、第１のビア１８ａの内壁及び底部と、第２のビア１８ｂの内壁及び底部にも形成される。
【００６８】
金属膜１９は、例えばスパッタ法で形成される。金属膜１９は、例えば、絶縁層１８側から順に積層されたチタン（Ｔｉ）と銅（Ｃｕ）との積層膜を含む。
【００６９】
次に、図６（ｃ）に示すように、金属膜１９上に選択的にレジスト４１を形成し、金属膜１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。
【００７０】
これにより、図７（ａ）及びその下面図である図７（ｂ）に示すように、絶縁層１８の配線面１８ｃ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例えば銅材料からなる。
【００７１】
ｐ側配線層２１は、第１のビア１８ａ内にも形成され、金属膜１９を介してｐ側電極１６と電気的に接続される。ｎ側配線層２２は、第２のビア１８ｂ内にも形成され、金属膜１９を介してｎ側電極１７と電気的に接続される。
【００７２】
ｐ側配線層２１は、プロセス上の限界まで、ｎ側再配線層２２に近づけることができ、ｐ側配線層２１の面積を広くできる。この結果、ｐ側配線層２１とｐ側電極１６とを複数の第１のビア１８ａを通じて接続させることができ、電流分布及び放熱性を向上できる。
【００７３】
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、溶剤もしくは酸素プラズマを使って、除去される。
【００７４】
次に、図８（ａ）及びその下面図である図８（ｂ）に示すように、金属ピラー形成用のレジスト４２を形成する。レジスト４２は、前述のレジスト４１よりも厚い。なお、前の工程でレジスト４１は除去せずに残し、そのレジスト４１にレジスト４２を重ねて形成してもよい。レジスト４２には、第１の開口４２ａと第２の開口４２ｂが形成されている。
【００７５】
そして、レジスト４２をマスクに用いて、金属膜１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。これにより、図９（ａ）及びその下面図である図９（ｂ）に示すように、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４が形成される。
【００７６】
ｐ側金属ピラー２３は、レジスト４２に形成された第１の開口４２ａ内であって、ｐ側配線層２１の表面に形成される。ｎ側金属ピラー２４は、レジスト４２に形成された第２の開口４２ｂ内であって、ｎ側配線層２２の表面に形成される。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例えば銅材料からなる。
【００７７】
次に、レジスト４２は、例えば溶剤もしくは酸素プラズマを用いて除去される（図１０（ａ））。この後、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４、およびｐ側金属ピラー２３からはみ出しているｐ側配線層２１の一部をマスクにして、金属膜１９の露出している部分をウェットエッチングにより除去する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との金属膜１９を介した電気的接続が分断される。
【００７８】
次に、図１１（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、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を覆う。
【００７９】
樹脂層２５は、絶縁性を有する。また、樹脂層２５に、例えばカーボンブラックを含有させて、発光層からの放出光に対して遮光性を付与させてもよい。また、樹脂層２５に、発光層からの放出光に対する反射性を有する粉末を含有させてもよい。
【００８０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、基板５を除去する。基板５は、例えばレーザーリフトオフ法によって除去される。具体的には、基板５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５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。
【００８１】
レーザ光が基板５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。第１の半導体層１１はガリウム（Ｇａ）と窒素ガスに分解する。この分解反応により、基板５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５と第１の半導体層１１とが分離する。
【００８２】
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５を除去する。第１の面１５ａ上から基板５が除去されることで、光取り出し効率の向上を図れる。
【００８３】
基板５の主面上に形成された前述した積層体は、厚い樹脂層２５によって補強されているため、基板５がなくなっても、ウェーハ状態を保つことが可能である。また、樹脂層２５も、配線層及び金属ピラーを構成する金属も、半導体層１５に比べて柔軟な材料である。そのため、基板５上に半導体層１５を形成するエピタキシャル工程で発生した大きな内部応力が、基板５の剥離時に一気に開放されても、デバイスが破壊されることを回避できる。
【００８４】
基板５が除去された半導体層１５の第１の面１５ａは洗浄される。例えば、希フッ酸等で、第１の面１５ａに付着したガリウム（Ｇａ）を除去する。
【００８５】
その後、例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等で、第１の面１５ａをウェットエッチングする。これにより、結晶面方位に依存したエッチング速度の違いによって、第１の面１５ａに凹凸が形成される（図１２（ａ））。
【００８６】
あるいは、レジストでパターニングした後にエッチングを行って、第１の面１５ａに凹凸を形成してもよい。第１の面１５ａに凹凸が形成されることで、光取り出し効率を向上できる。
【００８７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、凹凸が形成された第１の面１５ａに無機膜３０を形成する。無機膜３０は、隣り合う半導体層１５間で露出している絶縁層１８の表面にも形成される。
【００８８】
無機膜３０は、前述したように第１の面１５ａの凹凸に沿って形成され、その凹凸の凹部を埋め込まない。このように無機膜３０を形成する方法として、例えばＣＶＤ法を用いることができる。また、樹脂部分の耐熱性を考慮して、例えば２５０℃以下のプラズマＣＶＤ法で無機膜３０を形成することが好ましい。
【００８９】
次に、図１３（ａ）に示すように、無機膜３０上、および隣り合う半導体層１５間で露出している絶縁層１８上に、蛍光体層２７を形成する。また、必要に応じてレンズが形成される。
【００９０】
例えば、蛍光体粒子が分散された液状の透明樹脂を、印刷、ポッティング、モールド、圧縮成形などの方法によって供給した後、熱硬化させて、蛍光体層２７を形成することができる。透明樹脂は、発光層からの放出光及び蛍光体が発する光に対する透過性を有し、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フェニル樹脂、液状ガラスなどの材料を用いることができる。
【００９１】
次に、樹脂層２５の表面を研削し、図１３（ａ）及びその下面図である図１３（ｂ）に示すように、ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａを露出させる。
【００９２】
その後、格子状に形成されたダイシング領域ｄ１、ｄ２の位置で、蛍光体層２７、絶縁層１８及び樹脂層２５を切断し、複数の半導体発光装置１０に個片化する。例えば、ダイシングブレードを用いて切断する。あるいは、レーザ照射によって、切断してもよい。例えば、蛍光体層２７を下側にしてダイシングテープに貼り付けた状態で、樹脂層２５側から切断していく。
【００９３】
ダイシング時、基板５はすでに除去されている。さらに、ダイシング領域ｄ１、ｄ２には、半導体層１５は存在しないため、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。
【００９４】
なお、個片化された半導体発光装置１０は、ひとつの半導体層１５を含むシングルチップ構造でも、複数の半導体層１５を含むマルチチップ構造であってもよい。
【００９５】
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デバイスごとに、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。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。
【００９６】
なお、図１４に示すように、第１の面１５ａに凹凸を形成することなく、第１の面１５ａに無機膜３０を形成してもよい。この場合でも、第１の面１５ａを通じた光の取り出し方向で、媒質の屈折率が大きく変化するのを防いで、光の取り出し効率を向上できる。
【００９７】
また、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を設けずに、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を実装基板のパッドに対して接合させてもよい。あるいは、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を設けずに、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７を実装基板のパッドに対して接合させてもよい。また、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２を設けずに、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４をそれぞれｐ側電極１６及びｎ側電極１７に接続させてもよい。
【００９８】
前述した蛍光体層としては、以下に例示する赤色蛍光体層、黄色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層を用いることができる。
【００９９】
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。
【０１００】
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）を用いることができる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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）を用いることができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
５…基板、１０…半導体発光装置、１１…第１の半導体層、１２…第２の半導体層、１３…発光層、１５…半導体層、１５ａ…第１の面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８…絶縁層、１８ａ…第１のビア、１８ｂ…第２のビア、２１…ｐ側配線層、２２…ｎ側配線層、２３…ｐ側金属ピラー、２３ａ…ｐ側外部端子、２４…ｎ側金属ピラー、２４ａ…ｎ側外部端子、２５…樹脂層、２７…蛍光体層、３０…無機膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005603813.tif 000008
【図８】
0005603813.tif 000009
【図９】
0005603813.tif 000010
【図１０】
0005603813.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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