(57)【要約】【課題】半導体発光素子からの光は全方向に進む。そのため、照明方向以外に進む光は有効に利用できない。半導体発光素子の側面に傾斜面をつけ、そこに反射層を形成する手段は提案されているものの、エッチングなどの方法で傾斜面をつけるため、加工に時間がかかる、傾斜面の制御が困難といった課題があった。【解決手段】半導体発光素子をサブマウントに配設し、封止材で封止した後、隣接する半導体発光素子の間に溝加工を施す。できた溝に反射材を充填し、射光面を研磨し、切り分けることで、側面に反射層が形成された半導体発光装置を得ることができる。
2009066430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を搭載するサブマウントと、
前記サブマウント上で前記半導体発光素子を封止する封止材と、
前記封止材の射光面を上面としたときに該封止材の側面に配設された反射層とを有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記封止材は平坦な射光面を有する請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項３】
前記反射層は、前記射光面と同一の面を有し、さらに前記封止材と前記サブマウントの両方に接している請求項２に記載された半導体発光装置。
【請求項４】
前記封止材と前記反射層の境界面は前記サブマウントの表面に対して略垂直である請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項５】
前記封止材と前記反射層の境界面は前記サブマウントの表面に対して鈍角である請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項６】
前記射光面に微小凹凸構造を有する請求項２または３に記載された半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子の周囲に蛍光体層を有する請求項１乃至６の何れか１の請求項に記載された半導体発光装置。
【請求項８】
サブマウント基板上に複数の半導体発光素子を固定する工程と、
前記半導体発光素子を封止材で封止する工程と、
前記半導体発光素子間に反射材を充填する工程と
前記封止材の表面を研磨する工程と、
前記反射材を充填した部分をサブマウント基板まで含めて切断する工程とを含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記封止材で封止する工程は、前記サブマウント基板上に配置された前記半導体発光素子を個々に封止する工程である請求項８に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記封止材で封止する工程は、前記サブマウント基板上に封止材の層を形成する工程である請求項８に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反射材を充填する工程は、
前記半導体発光素子間に前記サブマウント基板の一部まで達する溝を形成する工程と、
前記溝に反射材を充填する工程とを含む請求項８乃至１０の何れか１つの請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記溝は前記サブマウント基板の表面に対して略垂直に形成された請求項１１に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記溝は前記サブマウント基板の表面に対して斜めに形成された請求項１１に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記封止材の表面を研磨する工程の後に、微小凹凸構造を形成する工程を有する請求項８乃至１３の何れか１つの請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体発光素子の周囲に蛍光体層を形成する工程を有する請求項８乃至１４の何れか１の請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の側面から出射される光を有効に活用するために、封止材の側面に反射層を配した半導体発光素子とそれを用いた半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、活性層を挟み込んだｐ型およびｎ型半導体で形成される発光層から光が出射される。そのため、光は四方八方に射出される。しかし、光源としては、一方向に光を照射させたい場合が多い。その場合は、照射方向とは異なる方向に進む光は無駄になる。光の効率的な活用を考えると、これらの光は半導体発光素子の射光面方向に反射させるのが好ましい。【０００３】
このような課題に対しては半導体発光素子の側面に、射光面方向に向かうような傾斜を施したものが提案されている。例えば、特許文献１には、電極上に傾斜加工されかつ反射層を施された側面を有する半導体発光素子が示されている。この半導体発光素子は、発光層の両面に電極が形成されたものである。また、発光層からの光の取り出し効率を上げるために、発光層を形成する際に用いたサファイア基板を、後からレーザーで剥離させたものである。【０００４】
また、特許文献２には、透明基板の一方に電極を形成し、その電極に発光層が生成した光が当たらないように、射光面の反体面となる底面に角度をつけた斜面を形成した半導体発光素子が示されている。【０００５】
これらは反射層を蒸着膜といった金属薄膜で構成した例である。しかし、反射層を金属薄膜などで構成するには、真空チャンバーでの処理が必要となり、大量生産に適しているとはいえない。【０００６】
他のアプローチとして、半導体発光素子自体の側面に反射層を設けるのではなく、リードフレームや封止材を含め、発光デバイス（以下「発光装置」という）として側面からの光を射光面に向ける方法がある。【０００７】
このようなアプローチとして特許文献３には、半導体発光素子を封止した封止樹脂の側面に反射枠を備えた半導体発光素子が提案されている。【０００８】
図１４はこの半導体発光装置の断面図を示す。リードフレーム９０上に形成された半導体発光素子９２は、ボンディング９４によってもう一方のリードフレーム９６に電気的に結合されている。そして全体は樹脂９８で封止されており、その側面には、反射枠１００が備えられている。このような構成にすることで、半導体発光装置として側面からの光を反射させ射光面から取り出す。
【特許文献１】特開２００６−１２８６５９号公報
【特許文献２】特開平６−２６８２５２号公報
【特許文献３】特開２００５−２６４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や２で示されたように半導体発光素子自体の側面に反射層を形成するのは、真空チャンバー内での成膜処理が必要となり、必ずしも大量生産に適しているとはいえない。【００１０】
一方、特許文献３の半導体発光装置は、大気中での製造工程だけで作製することができる。しかし、半導体発光素子自体が数百μｍから数ｍｍ程度の大きさであるので、反射枠は数ｍｍ程度の大きさになる。このような大きさの反射枠を個々の半導体発光素子に被せるのは、容易ではない。【００１１】
本発明は以上のような課題を解決すべく想到されたものであり、封止材の側面全面に反射層を形成して、発光効率を向上させた半導体発光装置とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を搭載するサブマウントと、前記サブマウント上で前記半導体発光素子を封止する封止材と、前記封止材の射光面を上面としたときに該封止材の側面に配設された反射層とを有する半導体発光装置を提供する。【００１３】
また、このような半導体発光装置の製造方法として、サブマウント基板上に複数の半導体発光素子を固定する工程と、前記半導体発光素子を封止材で封止する工程と、前記半導体発光素子間に反射材を充填する工程と前記封止材の表面を研磨する工程と、前記反射材を充填した部分をサブマウント基板まで含めて切断する工程とを含む半導体発光装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体発光装置は、封止材の側面に反射層を形成しているので、封止材内に配置された半導体発光素子から出射した光は、封止材と反射層の境界面で形成される反射面によって反射される。そのため、半導体発光装置の側面から出射される光が低減され、理想的な面発光に近い特性を得ることができる。【００１５】
また、本発明の半導体発光装置は、大気中の製造工程で作製することができる。しかも、サブマウント基板に１つ１つの半導体発光素子を搭載してしまえば、封止材や反射層の形成は、サブマウント基板に対して一括して行うことができるため、量産性に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の半導体発光装置の構成を表す図
【図２】本発明の半導体発光装置の他の形態の構成を示す図
【図３】本発明の半導体発光素子の断面を示す図
【図４】本発明の半導体発光素子を射光面側から見た平面図
【図５】本発明の半導体発光素子の製造方法を示す図
【図６】本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図７】本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図８】図７（Ａ）の工程の際にサブマウント基板を上方から見た状態を示す図
【図９】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１０】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１１】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１２】本発明の半導体発光装置の他の構成を示す図
【図１３】図１２の本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図１４】従来の半導体発光装置の断面を示す図
【符号の説明】
【００１７】
１  半導体発光装置
１０  半導体発光素子
１１  基板
１２  ｎ型層
１３  活性層
１４  ｐ型層
１６  ｎ側電極
１７  ｐ側電極
２０  支持体
２１  サブマウント
２２  ｎ側引出電極
２３  ｐ側引出電極
２４  ｎ側バンプ
２５  ｐ側バンプ
２６，２７  スルーホール
３５  蛍光体層
３６  射光面
３８  封止材
４０  反射層
４３  反射材
５０  溝
５７  反射防止処理済射光面
２１０  サブマウント基板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１に本発明の半導体発光装置１を示す。半導体発光装置１は、サブマウント２１上に、半導体発光素子１０が固定された構造である。【００１９】
以下、フリップチップタイプの半導体発光素子を用いた場合について説明を進めるが、本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子のタイプに依存しない。すなわち、フェイスアップ、片面電極、両面電極などのタイプの半導体発光素子であっても構わない。【００２０】
サブマウント２１には、引出電極２２，２３が形成されている。引出電極は半導体発光素子１０へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極２３がある。さらに図１では、引出電極は、スルーホール２６，２７を介して裏面電極２８，２９へ接続されている。これによって裏面電極２８，２９から半導体発光素子へ電流を流す事が出来る。なお、裏面電極もｎ側裏面電極２８とｐ側裏面電極２９がある。【００２１】
引出電極にはバンプ２４，２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ２４とｐ型層に接続されるｐ側バンプ２５がある。図１ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。【００２２】
このバンプによって引出電極と半導体発光素子は直接接続されている。従って、このバンプは接続線である。サブマウント、引出電極、裏面電極、スルーホール、バンプを含めて支持体２０と呼ぶ。なお、実施形態によっては、裏面電極や、スルーホール、バンプが支持体２０から省略される場合もある。【００２３】
半導体発光素子１０の周囲には蛍光体層３５が配置されていてもよい。蛍光体層３５には１種類若しくは複数種類の蛍光体が分散されている。そして半導体発光素子１０からの光を波長変換して出射する。これによって、半導体発光装置１は、さまざまな色合いの光を出射することができる。【００２４】
蛍光体層３５の周囲には透明な封止材３８が配置される。封止材３８は、媒体若しくは媒体中に機能性材料を分散させたものである。封止材は、半導体発光素子を覆うことで、半導体発光装置１を保護する。封止材として用いる事の出来る媒体としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂を用いることができる。特にシリコーン樹脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレフィン、シリコーン・エポキシハイブリッド樹脂などが好適である。【００２５】
また、媒体は、樹脂だけでなくゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。具体的には、一般式Ｓｉ（Ｘ）n（Ｒ）4-n（ｎ＝１〜３）で表される化合物である。ここで、Ｒはアルキル基であり、Ｘはハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）から選ばれる。このガラス材の中にも機能性材料や一般式がＭ（ＯＲ）nで表されるアルコキシドを添加することもできる。アルコキシドを添
加することによって封止材自体の屈折率を変えることができる。【００２６】
また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。【００２７】
また、媒体中に分散する機能性材料は特に限定されない。しかし、封止材は半導体発光素子と封止材の射光面との間に存在するので、光透過率を低減させるような材料や大きさは適さない。例えば、好適な一例として、機能性材料として酸化シリコンの微粒子を媒体中に分散させ封止材とすれば、半導体発光素子から発せられた光を封止材内に均一に拡散させることで封止材の射光面を面状に均一に発光させることができる。【００２８】
封止材の表面は半導体発光装置１の射光面３６となる。射光面３６は平坦な面にすることで、面発光にすることができる。しかし、封止材３８と大気の間の屈折率の関係で、完全な鏡面にすると、全反射のために半導体発光装置として光の取り出し効率が悪くなる場合もある。そのような場合のために、微小な凹凸構造を射光面３６に与えることができる。【００２９】
本発明の半導体発光装置にはさらに封止材の側面に反射層４０が配設されている。反射層４０は、半導体発光素子１０から出射され、側面に向かう光を側面から出射しにくいようにする。従って、反射層４０は鏡面反射をしなくてもよい。【００３０】
例えば、媒体中に微粉末を分散させたものを反射層として利用し、反射層４０に当たった光Ｘが散乱光になってもよい。【００３１】
反射層４０に用いることのできる媒体は、樹脂、ガラスなどを好適に用いる事ができる。具体的には、上記の封止材の媒体として紹介した材料を用いることができる。【００３２】
また用いることのできる微粉末は酸化チタン、酸化アルミニウムといった金属酸化物や、金、銀、ニッケルといった金属微粉末やテフロン（登録商標）などの白色系樹脂微粉末を好適に用いることができる。【００３３】
特に酸化チタンは反射層の反射率を高くすることができるので好ましい。反射層に分散させる酸化チタンの重量濃度を１０％〜８０％の範囲とし、反射層の厚みを適宜調整することで反射率を高く保つことが出来る。反射層に用いる媒体の粘度を調整するために、酸化チタンに加えて酸化シリコンや酸化アルミニウムの微粉末を同時に分散させてもよい。【００３４】
このような反射層４０が存在するために、半導体発光素子から出射された光で側面方向に進むものは、反射層４０に当たり、概ね入射角に応じた反射角の方向に反射する。【００３５】
反射層４０は、封止材３８の側面の少なくとも一部に配設される。もちろん、側面全体に配設されるのが好ましいのはいうまでもない。特に、封止材３８の高さ方向にはくまなく存在するのがよい。側面からの漏れ光を防止するためである。言い換えると、封止材３８の一部である射光面３６と面一まで反射層４０は存在する。【００３６】
また、反射層４０は、封止材３８とサブマウント２１の両方に接する。サブマウント２１にも接することで、封止材３８の側面全面を覆うことになるからである。【００３７】
反射層４０と封止材３８の境界面が反射面４１である。反射面４１はサブマウント２１の表面１９に対する関係で特に限定されない。しかし、表面１９に対して垂直もしくは鈍角の関係であれば、より光を射光面３６の方向に反射しやすいので望ましい。【００３８】
図２に反射面４１がサブマウント２１の表面１９に対して鈍角４２になっている場合の半導体発光装置の断面図を示す。反射面４１がサブマウントの表面に対して図２のような角度になっていれば、半導体発光素子１０からの光はより射光面３６の方向へ反射させられ、発光効率が高くなる。【００３９】
なお、サブマウントには、半導体発光素子以外のものを搭載してもよい。例えば、サブマウントが窒化アルミニウムなどのセラミックの場合は、保護用の素子、例えばダイオード、抵抗、保護回路などを登載してもよい。【００４０】
次にサブマウントと半導体発光素子の詳細な説明を行う。【００４１】
サブマウント２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコーン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、その他のセラミック等を用いることができる。【００４２】
スルーホールはサブマウントに穿たれた貫通孔で、内部に銅、アルミニウム、金等の導電材料を含む。裏面電極２８，２９は、スルーホールと電気的に接合しており、銅、銀、金などの導電材料で作製される。引出電極は、銅、アルミニウム、金、銀といった導電性の材料を用いる。【００４３】
バンプは半導体発光素子１０をサブマウント２１上に固定し、また引出電極２２，２３との間を電気的に結合させる役割を有する。【００４４】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。【００４５】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作製し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。【００４６】
図３に半導体発光素子１０の断面図を、図４に基板上部方向からの平面図を示す。半導体発光素子１０は、基板１１、ｎ型層１２、活性層１３、ｐ型層１４、ｎ側電極１６、ｐ側電極１７からなる。【００４７】
基板１１は、発光層を保持する役目を負う。材質としては、絶縁性のサファイアを用いることができる。しかし、発光効率や発光する部分が窒化ガリウム（ＧａＮ）を母材とすることから、ｎ型層１２と基板１１との界面での光の反射を少なくするために発光層と同等の屈折率を有するＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを用いるのが好適である。【００４８】
発光層となるｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４は基板１１上に順次積層される。材質は特に制限はないが、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ＧａＮのｎ型層１２、ＩｎＧａＮの活性層１３、ＧａＮのｐ型層１４である。なお、ｎ型層１２やｐ型層１４としては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いてもよいし、ｎ型層１２と、基板１１との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで構成したバッファ層を用いることも可能である。また、例えば、活性層１３は、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層した多層構造（量子井戸構造）としてもよい。【００４９】
このように基板１１上に積層したｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４の一部から、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させる。この露出させたｎ型層１２上に形成されたのが、ｎ側電極１６である。なお、基板１１を導電性の材料にした場合は、基板まで露出させ基板上に直接ｎ側電極を形成してもよい。【００５０】
また、ｐ型層１４上に同じくｐ側電極１７が形成される。つまり、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させることで、発光層とｐ側電極およびｎ側電極は基板に対して同じ側の面に形成することができる。【００５１】
ｐ側電極１７は発光層で発した光を基板１１の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等の第１の電極を用いる。すなわち、基板１１の天面側が射光面１８となる。ｐ型層１４とｐ側電極１７のオーミック接触抵抗を小さくするためにｐ型層１４とｐ側電極の間にＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層を用いるとより望ましい。また、ｎ側電極１６はＡｌやＴｉ等を用いることができる。ｐ側電極１７およびｎ側電極１６の表面にはバンプとの接着強度を高めるためにＡｕやＡｌを用いることが望ましい。これらの電極は真空蒸着法、スパッタリング法などによって、形成することができる。【００５２】
半導体発光素子１０のサイズは、特に限定はないが、光量を大きくするには、全面積が広い方がよく、好ましくは一辺（８及び９）が６００μｍ以上であることが望ましい。また半導体発光素子１０の一辺（８若しくは９）は他方の辺より長くても良い。半導体発光素子の用途には、携帯電話やモバイルコンピューターなどもあり、長方形の発光装置の需要もあるからである。【００５３】
なお、半導体発光素子として、フリップチップタイプについて詳細を説明したが、本発明の半導体発光装置においては、半導体発光素子はどのようなタイプのものでも構わない。【００５４】
次に蛍光体層３５について説明する。蛍光体層３５は、無機若しくは有機の蛍光体材料の粒子を樹脂もしくはガラスといった透明媒体中に分散したものである。【００５５】
例えば、半導体発光素子１０が青色の光を発し、半導体発光装置１自体の発光色を白色にする場合は、半導体発光素子１０からの青色の光を受けて、黄色に波長を変換し出射する蛍光体である。このような蛍光体材料としては、希土類ドープ窒化物系、または、希土類ドープ酸化物系の蛍光体が好ましい。より具体的には、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物、希土類ドープガーネットの(Ｙ・Ｓｍ)3(Ａｌ・Ｇａ)5Ｏ12：Ｃｅや（Ｙ0.39Ｇｄ0.57Ｃｅ0.03Ｓｍ0.01）3Ａｌ5Ｏ12、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドープアルミン酸塩等を好適に用いることができる。また、珪酸塩蛍光体（Ｓｒ1-a1-b2-xＢａa1Ｃａb2Ｅｕx）２ＳｉＯ4やアルファサイアロン（α−ｓｉａｌｏｎ:Ｅｕ）Ｍｘ(Ｓｉ，Ａｌ)12(Ｏ，Ｎ)16を黄色発光の蛍光体材料として用いても良い。【００５６】
媒体としては、上記の封止材で説明した媒体を利用することができる。例を挙げると、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。  また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。蛍光体と媒体を混ぜ合わせた状態を蛍光体塗料と呼ぶ。【００５７】
図５には、本発明の半導体発光装置を作製する製造方法を示す。サブマウント２１となるサブマウント基板２１０上に、引出電極２２，２３を形成する。必要に応じてスルーホールや、裏面電極も形成しておく。引出電極２２，２３にはバンプ２４，２５を形成しておく。そして、半導体発光素子１０を溶着させる（図５（Ａ））。【００５８】
サブマウント基板２１０には複数の半導体発光素子が形成される。このようにすることで、一度に多くの半導体発光装置を得ることができる。【００５９】
次に蛍光体層３５を形成する。蛍光体層３５は半導体発光素子１０に蛍光体塗料を塗布することで形成する。形成する方法は特に限定はないが、蛍光体塗料を印刷で塗布するのが、作製時間も短く簡単である（図５（Ｂ））。【００６０】
図６に続きの工程を示す。蛍光体層を形成したのち、封止材３８をサブマウント基板２１０の全面に形成する（図６（Ａ））。ここでは、封止材として樹脂を用いた例で説明を進める。封止材の形成方法は特に限定されない。溶剤と共に封止樹脂を液状にして塗布し、乾燥すれば、短時間でしかも高い厚み精度で封止樹脂を塗ることができる。なお、蛍光体層は必ずしも形成しなくてもよい。半導体発光素子の発光色をそのまま使用する場合もあるからである。【００６１】
次に半導体発光素子間に溝加工を行う（図６（Ｂ））。できた溝５０は反射材を充填する空間になる。溝加工にはダイシングマシンなどを好適に用いることができる。サブマウント基板２１０を水平にして溝加工を行うことで、サブマウントの表面に対して垂直な反射面を形成することができる。なお、この際にサブマウント基板２１０をダイシングに対して傾けて設置することで、サブマウント基板２１０に対して角度を持った反射面を形成することもできる。【００６２】
例えば、図６（Ａ）において、サブマウント基板２１０を左に傾けて（右側を高くする）、各半導体発光素子の左側に溝加工を行い、次にサブマウント基板２１０を右に傾けて、各半導体発光素子の右側に溝加工を行えば、サブマウントの表面に対して鈍角になる反射面を形成することができる。図２の半導体発光装置はこのようにして作製される。【００６３】
溝５０は封止材だけでなく、サブマウント基板２１０まで形成するのがよい。封止材の側面部分を確実に反射材で覆うためである。溝加工は、半導体発光素子の４辺に行う。封止材の４側面に反射面を形成するためである。しかし、他の事情などによって意図的にいくつかの側面に対して反射面を形成しない場合は、その面について溝加工は行わなくても良い。【００６４】
溝加工が終了したら、反射材４３を溝５０に充填する（図６Ｃ））。なお、反射材４３は硬化後、反射層４０を形成する。充填の方法は特に限定されるものではない。一例として、封止材の上面に一様に塗布して形成してもよい。また滴下、印刷、スプレー、スピンコート等の方法で充填することもできる。【００６５】
図７に続きの工程を示す。反射材４３を充填した後、封止材３８の上面を研磨する（図７（Ａ））。反射材４３を溝５０に充填した後に封止材の上面を研磨することで、反射層は封止材の射光面３６と同一の面を有する。研磨の方法は特に限定されない。ラップマスターなどを好適に用いることができる。また、一度に研磨を行うのではなく、砥粒の大きさを順に変えながら研磨してもよい。【００６６】
図８に射光面の側から見た状態を示す。サブマウント基板２１０の上に配置された半導体発光装置が左右上下に等間隔で配置されている。射光面３６が見えており、点線の四角は蛍光体層３５を表す。それぞれの半導体発光装置の間には反射材４３が充填されている。このようにすることで、本発明の半導体発光装置は面発光が可能になる。【００６７】
図７に戻って、次に反射材４３の間で切断し、個々の半導体発光装置１となる（図７（Ｂ））。【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態１では、図６（Ａ）および図６（Ｂ）で示したように、封止材３８を半導体発光素子を配設したサブマウント基板２１０の全面に形成し、その後溝加工を行った。この方法は短時間で大量に処理できる方法である。しかし、サブマウント基板２１０の全面に封止材を形成するため、封止材が硬化する際の応力が大きくなることもある。応力が大きくなりすぎると、サブマウント基板が反ったり、封止材を形成した部分で割れが生じたりする場合もある。そこで、それぞれの半導体発光素子毎に封止材を形成してもよい。【００６９】
図９には、本発明の半導体発光装置の製造方法の一部を示す。図９（Ａ）は、図６（Ａ）に対応する図であり、図９（Ｂ）は図６（Ｂ）と同じ図である。本実施の形態の製造方法では、図９（Ａ）で示した封止材の形成方法以外は、実施の形態１の製造方法とまったく同じでよい。【００７０】
本実施の形態では蛍光体層３５を形成した後、封止材は、個々の半導体発光素子毎に形成する。又は、図８で示した半導体発光素子の並びで、列方向若しくは縦方向だけ連続的に形成してもよい。全面を一度に形成しなければ、樹脂硬化時の応力を軽減できるからである。【００７１】
本実施の形態の製造方法は、実施の形態１で製造した半導体発光装置と同じものを得ることができる。【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、工程数を省略できる製造方法について説明する。【００７３】
図１０を参照して、サブマウント基板２１０に引出電極２２，２３を形成し、バンプ２４，２５をさらに形成して、半導体発光素子１０を配設する（図１０（Ａ））。半導体発光素子１０の周囲に蛍光体層３５も形成する（図１０（Ｂ））。以上の工程は実施の形態１と同じである。【００７４】
次に封止材３８をそれぞれの半導体発光素子毎に形成する（図１０（Ｃ））。形成の方法は限定されるものではない。しかし、印刷などで行うのが簡便で早くできる。【００７５】
図１１に続きの工程を示す。封止材を形成した後、反射材４３をサブマウント基板２１０の全面に塗布形成する（図１１（Ａ））。本実施の形態では溝加工を行わない。【００７６】
射光面３６となる面を研磨で形成する（図１１（Ｂ））。この結果は図８と同じようになる。そして、反射材４３の充填部分で切断する（図１１（Ｃ））。以上のような工程を経ることで反射層が側面に形成された半導体発光装置を得ることができる。【００７７】
本実施の形態で示した半導体発光装置の製造方法では、溝加工を行う工程を省略することができ、より短時間で半導体発光装置を作製することができる。ただし、反射面４１は、封止材の形成時の形状がそのまま反映される。そのためサブマウント２１と反射面とのなす角は、直角より小さい角度になる場合もある。【００７８】
（実施の形態４）
図１２に本実施の形態にかかわる半導体発光装置を示す。本実施の形態では、射光面３６の表面に反射防止処理済射光面５７が形成されている。反射防止処理を行なうことで、封止材３８内を進む光で射光面に浅い角度で入射する光が全反射するのを防止し、半導体発光装置からの光取り出し効率が向上する。【００７９】
図１３に半導体発光装置の製造方法を示す。サブマウント基板２１０上に半導体発光素子を配設し、蛍光体層３５を形成したのち、封止材で封止する。その後溝加工を行って反射材４３を充填し、射光面３６を研磨するまでは、実施の形態１による図７（Ａ）と同じである。【００８０】
本発明の製造方法では、その後射光面３６の全面に微小な凹凸構造を持つ、反射防止処理済射光面５７を形成する（図１３（Ａ））。微小な凹凸構造は射光面での全反射を防ぎ、光の取り出し効率を向上させる。全面に形成するのは、個々の半導体発光装置毎に行うのは煩雑だからである。【００８１】
微小凹凸構造は、ナノインプリント技術を用いた微細加工を用いれば、光の波長と同程度若しくは、使う光の波長によっては、それ以下のスケールの微細パターンを形成することもできる。また形状も溝形状、錘状、半円球状など、さまざまなパターンの形成が可能である。なお、ナノインプリントを行う面は平坦であることが必要であるが、射光面３６と反射材４３からなる研削面は非常に平坦に形成されるので、精度良く微細パターンを形成することができる。ナノインプリントを行なう場合は、液状樹脂を射光面３６上に薄く塗布した後、モールドを押し付け、塗布した樹脂を熱硬化又は紫外線硬化することで、モールド面に形成された凹凸形状を転写する。【００８２】
射光面３６が無機の封止材からなる場合は、射光面３６にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマーレジストを塗布し、ナノインプリント等によりレジストの微細パターンを形成し、これをマスクとしてＣＦ4等のガスでエッチングすることで射光面３
６に凹凸を形成する。エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取り出し効果も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を多くの基板表面上に形成できないという特性がある。【００８３】
また、研磨する工程（図７（Ａ））の最後に用いる砥石の粒度を調節して、研削が終わった状態で、ある範囲の表面粗さに仕上げ、基板表面の凹凸構造とすることもできる。【００８４】
また、インクジェット印刷法により基板表面に凹凸構造を作製することもできる。この方法は基板をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。作製する凹凸構造自体の屈折率を調整することで、光取り出し効果を得る事ができる。そして、射光面３６に微小凹凸構造を形成した後、反射材４３の部分で切断し、本実施の形態にかかわる半導体発光装置を得る（図１３（Ｂ））。【００８５】
なお、境界面における屈折率の関係で全反射が生じ、光取り出し効率が低下するのは、射光面３６と大気の間だけでなく、半導体発光素子の射光面１８と蛍光体層３５の界面や、蛍光体層３５と封止材３８の界面でも発生する問題である。従って、半導体発光素子の射光面１８や、蛍光体層の射光面に反射防止処理を行ってもよい。【００８６】
なお、本明細書を通じてＣｌは塩素、Ｆはフッ素、Ｂｒは臭素、Ｉはヨウ素、Ａｌはアルミニウム、Ｇａはガリウム、Ｓｉはシリコン、Ｉｎはインジウム、Ｎは窒素、Ｏは酸素、Ａｇは銀、Ｒｈはロジウム、Ｐｔは白金、Ｎｉはニッケル、Ｃｏはコバルト、Ｔｉはチタン、Ａｕは金、Ｙはイットリウム、Ｓｍはサマリウム、Ｃｅはセリウム、Ｇｄはガドリニウム、Ｓｒはストロンチウム、Ｂａはバリウム、Ｃａはカルシウム、Ｅｕはユウロピウム、を表す。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、封止材の側面に反射層を形成し、発光効率の高い半導体発光装置に利用する事が出来る。
【図１】
2009066430.tif 000003
【図２】
2009066430.tif 000004
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月13日(2010.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の側面から出射される光を有効に活用するために、封止材の側面に反射層を配した半導体発光素子とそれを用いた半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、活性層を挟み込んだｐ型およびｎ型半導体で形成される発光層から光が出射される。そのため、光は四方八方に射出される。しかし、光源としては、一方向に光を照射させたい場合が多い。その場合は、照射方向とは異なる方向に進む光は無駄になる。光の効率的な活用を考えると、これらの光は半導体発光素子の射光面方向に反射させるのが好ましい。
【０００３】
このような課題に対しては半導体発光素子の側面に、射光面方向に向かうような傾斜を施したものが提案されている。例えば、特許文献１には、電極上に傾斜加工されかつ反射層を施された側面を有する半導体発光素子が示されている。この半導体発光素子は、発光層の両面に電極が形成されたものである。また、発光層からの光の取り出し効率を上げるために、発光層を形成する際に用いたサファイア基板を、後からレーザーで剥離させたものである。
【０００４】
また、特許文献２には、透明基板の一方に電極を形成し、その電極に発光層が生成した光が当たらないように、射光面の反体面となる底面に角度をつけた斜面を形成した半導体発光素子が示されている。
【０００５】
これらは反射層を蒸着膜といった金属薄膜で構成した例である。しかし、反射層を金属薄膜などで構成するには、真空チャンバーでの処理が必要となり、大量生産に適しているとはいえない。
【０００６】
他のアプローチとして、半導体発光素子自体の側面に反射層を設けるのではなく、リードフレームや封止材を含め、発光デバイス（以下「発光装置」という）として側面からの光を射光面に向ける方法がある。
【０００７】
このようなアプローチとして特許文献３には、半導体発光素子を封止した封止樹脂の側面に反射枠を備えた半導体発光素子が提案されている。
【０００８】
図１４はこの半導体発光装置の断面図を示す。リードフレーム９０上に形成された半導体発光素子９２は、ボンディング９４によってもう一方のリードフレーム９６に電気的に結合されている。そして全体は樹脂９８で封止されており、その側面には、反射枠１００が備えられている。このような構成にすることで、半導体発光装置として側面からの光を反射させ射光面から取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１２８６５９号公報
【特許文献２】特開平６−２６８２５２号公報
【特許文献３】特開２００５−２６４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１や２で示されたように半導体発光素子自体の側面に反射層を形成するのは、真空チャンバー内での成膜処理が必要となり、必ずしも大量生産に適しているとはいえない。
【００１１】
一方、特許文献３の半導体発光装置は、大気中での製造工程だけで作製することができる。しかし、半導体発光素子自体が数百μｍから数ｍｍ程度の大きさであるので、反射枠は数ｍｍ程度の大きさになる。このような大きさの反射枠を個々の半導体発光素子に被せるのは、容易ではない。
【００１２】
本発明は以上のような課題を解決すべく想到されたものであり、封止材の側面全面に反射層を形成して、発光効率を向上させた半導体発光装置とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を搭載するサブマウントと、前記サブマウント上で前記半導体発光素子を封止する封止材と、前記封止材の射光面を上面としたときに該封止材の側面に配設された反射層とを有する半導体発光装置を提供する。
【００１４】
また、このような半導体発光装置の製造方法として、サブマウント基板上に複数の半導体発光素子を固定する工程と、前記半導体発光素子を封止材で封止する工程と、前記半導体発光素子間に反射材を充填する工程と前記封止材の表面を研磨する工程と、前記反射材を充填した部分をサブマウント基板まで含めて切断する工程とを含む半導体発光装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体発光装置は、封止材の側面に反射層を形成しているので、封止材内に配置された半導体発光素子から出射した光は、封止材と反射層の境界面で形成される反射面によって反射される。そのため、半導体発光装置の側面から出射される光が低減され、理想的な面発光に近い特性を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体発光装置は、大気中の製造工程で作製することができる。しかも、サブマウント基板に１つ１つの半導体発光素子を搭載してしまえば、封止材や反射層の形成は、サブマウント基板に対して一括して行うことができるため、量産性に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体発光装置の構成を表す図
【図２】本発明の半導体発光装置の他の形態の構成を示す図
【図３】本発明の半導体発光素子の断面を示す図
【図４】本発明の半導体発光素子を射光面側から見た平面図
【図５】本発明の半導体発光素子の製造方法を示す図
【図６】本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図７】本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図８】図７（Ａ）の工程の際にサブマウント基板を上方から見た状態を示す図
【図９】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１０】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１１】本発明の半導体発光装置の他の製造方法を示す図
【図１２】本発明の半導体発光装置の他の構成を示す図
【図１３】図１２の本発明の半導体発光装置の製造方法を示す図
【図１４】従来の半導体発光装置の断面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１に本発明の半導体発光装置１を示す。半導体発光装置１は、サブマウント２１上に、半導体発光素子１０が固定された構造である。
【００１９】
以下、フリップチップタイプの半導体発光素子を用いた場合について説明を進めるが、本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子のタイプに依存しない。すなわち、フェイスアップ、片面電極、両面電極などのタイプの半導体発光素子であっても構わない。
【００２０】
サブマウント２１には、引出電極２２，２３が形成されている。引出電極は半導体発光素子１０へ電流を印加するための電極である。半導体発光素子のｎ型層の側に接続するｎ側引出電極２２とｐ型層の側に接続されるｐ側引出電極２３がある。さらに図１では、引出電極は、スルーホール２６，２７を介して裏面電極２８，２９へ接続されている。これによって裏面電極２８，２９から半導体発光素子へ電流を流す事が出来る。なお、裏面電極もｎ側裏面電極２８とｐ側裏面電極２９がある。
【００２１】
引出電極にはバンプ２４，２５が形成されている。引出電極同様、バンプもｎ型層に接続されるｎ側バンプ２４とｐ型層に接続されるｐ側バンプ２５がある。図１ではｐ側バンプは複数あるが、まとめて符号２５で表す。もちろんｎ側バンプが複数個あってもよい。
【００２２】
このバンプによって引出電極と半導体発光素子は直接接続されている。従って、このバンプは接続線である。サブマウント、引出電極、裏面電極、スルーホール、バンプを含めて支持体２０と呼ぶ。なお、実施形態によっては、裏面電極や、スルーホール、バンプが支持体２０から省略される場合もある。
【００２３】
半導体発光素子１０の周囲には蛍光体層３５が配置されていてもよい。蛍光体層３５には１種類若しくは複数種類の蛍光体が分散されている。そして半導体発光素子１０からの光を波長変換して出射する。これによって、半導体発光装置１は、さまざまな色合いの光を出射することができる。
【００２４】
蛍光体層３５の周囲には透明な封止材３８が配置される。封止材３８は、媒体若しくは媒体中に機能性材料を分散させたものである。封止材は、半導体発光素子を覆うことで、半導体発光装置１を保護する。封止材として用いる事の出来る媒体としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂を用いることができる。特にシリコーン樹脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレフィン、シリコーン・エポキシハイブリッド樹脂などが好適である。
【００２５】
また、媒体は、樹脂だけでなくゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。具体的には、一般式Ｓｉ（Ｘ）n（Ｒ）4-n（ｎ＝１〜３）で表される化合物である。ここで、Ｒはアルキル基であり、Ｘはハロゲン（Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アルコキシ基（−ＯＲ）から選ばれる。このガラス材の中にも機能性材料や一般式がＭ（ＯＲ）nで表されるアルコキシドを添加することもできる。アルコキシドを添
加することによって封止材自体の屈折率を変えることができる。
【００２６】
また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。
【００２７】
また、媒体中に分散する機能性材料は特に限定されない。しかし、封止材は半導体発光素子と封止材の射光面との間に存在するので、光透過率を低減させるような材料や大きさは適さない。例えば、好適な一例として、機能性材料として酸化シリコンの微粒子を媒体中に分散させ封止材とすれば、半導体発光素子から発せられた光を封止材内に均一に拡散させることで封止材の射光面を面状に均一に発光させることができる。
【００２８】
封止材の表面は半導体発光装置１の射光面３６となる。射光面３６は平坦な面にすることで、面発光にすることができる。しかし、封止材３８と大気の間の屈折率の関係で、完全な鏡面にすると、全反射のために半導体発光装置として光の取り出し効率が悪くなる場合もある。そのような場合のために、微小な凹凸構造を射光面３６に与えることができる。
【００２９】
本発明の半導体発光装置にはさらに封止材の側面に反射層４０が配設されている。反射層４０は、半導体発光素子１０から出射され、側面に向かう光を側面から出射しにくいようにする。従って、反射層４０は鏡面反射をしなくてもよい。
【００３０】
例えば、媒体中に微粉末を分散させたものを反射層として利用し、反射層４０に当たった光Ｘが散乱光になってもよい。
【００３１】
反射層４０に用いることのできる媒体は、樹脂、ガラスなどを好適に用いる事ができる。具体的には、上記の封止材の媒体として紹介した材料を用いることができる。
【００３２】
また用いることのできる微粉末は酸化チタン、酸化アルミニウムといった金属酸化物や、金、銀、ニッケルといった金属微粉末やテフロン（登録商標）などの白色系樹脂微粉末を好適に用いることができる。
【００３３】
特に酸化チタンは反射層の反射率を高くすることができるので好ましい。反射層に分散させる酸化チタンの重量濃度を１０％〜８０％の範囲とし、反射層の厚みを適宜調整することで反射率を高く保つことが出来る。反射層に用いる媒体の粘度を調整するために、酸化チタンに加えて酸化シリコンや酸化アルミニウムの微粉末を同時に分散させてもよい。
【００３４】
このような反射層４０が存在するために、半導体発光素子から出射された光で側面方向に進むものは、反射層４０に当たり、概ね入射角に応じた反射角の方向に反射する。
【００３５】
反射層４０は、封止材３８の側面の少なくとも一部に配設される。もちろん、側面全体に配設されるのが好ましいのはいうまでもない。特に、封止材３８の高さ方向にはくまなく存在するのがよい。側面からの漏れ光を防止するためである。言い換えると、封止材３８の一部である射光面３６と面一まで反射層４０は存在する。
【００３６】
また、反射層４０は、封止材３８とサブマウント２１の両方に接する。サブマウント２１にも接することで、封止材３８の側面全面を覆うことになるからである。
【００３７】
反射層４０と封止材３８の境界面が反射面４１である。反射面４１はサブマウント２１の表面１９に対する関係で特に限定されない。しかし、表面１９に対して垂直もしくは鈍角の関係であれば、より光を射光面３６の方向に反射しやすいので望ましい。
【００３８】
図２に反射面４１がサブマウント２１の表面１９に対して鈍角４２になっている場合の半導体発光装置の断面図を示す。反射面４１がサブマウントの表面に対して図２のような角度になっていれば、半導体発光素子１０からの光はより射光面３６の方向へ反射させられ、発光効率が高くなる。
【００３９】
なお、サブマウントには、半導体発光素子以外のものを搭載してもよい。例えば、サブマウントが窒化アルミニウムなどのセラミックの場合は、保護用の素子、例えばダイオード、抵抗、保護回路などを登載してもよい。
【００４０】
次にサブマウントと半導体発光素子の詳細な説明を行う。
【００４１】
サブマウント２１は、シリコンツェナーダイオード、シリコンダイオード、シリコーン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、その他のセラミック等を用いることができる。
【００４２】
スルーホールはサブマウントに穿たれた貫通孔で、内部に銅、アルミニウム、金等の導電材料を含む。裏面電極２８，２９は、スルーホールと電気的に接合しており、銅、銀、金などの導電材料で作製される。引出電極は、銅、アルミニウム、金、銀といった導電性の材料を用いる。
【００４３】
バンプは半導体発光素子１０をサブマウント２１上に固定し、また引出電極２２，２３との間を電気的に結合させる役割を有する。
【００４４】
バンプの材料としては、金、金−錫、半田、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用いることができるが、特に金や金を主成分とする材料が好ましい。これらの材料を用いて、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて形成することができる。
【００４５】
例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤーを作製し、その一端をボンダーにてサブマウント上の引出電極に接着した後、ワイヤーを切断することで金バンプを形成する。また、金などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発性溶剤に分散した液をインクジェット印刷と同様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナノ粒子の集合体としてのバンプを形成する液滴射出法を用いることもできる。
【００４６】
図３に半導体発光素子１０の断面図を、図４に基板上部方向からの平面図を示す。半導体発光素子１０は、基板１１、ｎ型層１２、活性層１３、ｐ型層１４、ｎ側電極１６、ｐ側電極１７からなる。
【００４７】
基板１１は、発光層を保持する役目を負う。材質としては、絶縁性のサファイアを用いることができる。しかし、発光効率や発光する部分が窒化ガリウム（ＧａＮ）を母材とすることから、ｎ型層１２と基板１１との界面での光の反射を少なくするために発光層と同等の屈折率を有するＧａＮやＳｉＣ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを用いるのが好適である。
【００４８】
発光層となるｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４は基板１１上に順次積層される。材質は特に制限はないが、窒化ガリウム系化合物であれば好ましい。具体的には、それぞれ、ＧａＮのｎ型層１２、ＩｎＧａＮの活性層１３、ＧａＮのｐ型層１４である。なお、ｎ型層１２やｐ型層１４としては、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮを用いてもよいし、ｎ型層１２と、基板１１との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで構成したバッファ層を用いることも可能である。また、例えば、活性層１３は、ＩｎＧａＮとＧａＮが交互に積層した多層構造（量子井戸構造）としてもよい。
【００４９】
このように基板１１上に積層したｎ型層１２と活性層１３とｐ型層１４の一部から、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させる。この露出させたｎ型層１２上に形成されたのが、ｎ側電極１６である。なお、基板１１を導電性の材料にした場合は、基板まで露出させ基板上に直接ｎ側電極を形成してもよい。
【００５０】
また、ｐ型層１４上に同じくｐ側電極１７が形成される。つまり、活性層１３とｐ型層１４を除去し、ｎ型層１２を露出させることで、発光層とｐ側電極およびｎ側電極は基板に対して同じ側の面に形成することができる。
【００５１】
ｐ側電極１７は発光層で発した光を基板１１の側に反射するために反射率の高いＡｇやＡｌ、Ｒｈ等の第１の電極を用いる。すなわち、基板１１の天面側が射光面１８となる。ｐ型層１４とｐ側電極１７のオーミック接触抵抗を小さくするためにｐ型層１４とｐ側電極の間にＰｔやＮｉ、Ｃｏ、ＩＴＯ等の電極層を用いるとより望ましい。また、ｎ側電極１６はＡｌやＴｉ等を用いることができる。ｐ側電極１７およびｎ側電極１６の表面にはバンプとの接着強度を高めるためにＡｕやＡｌを用いることが望ましい。これらの電極は真空蒸着法、スパッタリング法などによって、形成することができる。
【００５２】
半導体発光素子１０のサイズは、特に限定はないが、光量を大きくするには、全面積が広い方がよく、好ましくは一辺（８及び９）が６００μｍ以上であることが望ましい。また半導体発光素子１０の一辺（８若しくは９）は他方の辺より長くても良い。半導体発光素子の用途には、携帯電話やモバイルコンピューターなどもあり、長方形の発光装置の需要もあるからである。
【００５３】
なお、半導体発光素子として、フリップチップタイプについて詳細を説明したが、本発明の半導体発光装置においては、半導体発光素子はどのようなタイプのものでも構わない。
【００５４】
次に蛍光体層３５について説明する。蛍光体層３５は、無機若しくは有機の蛍光体材料の粒子を樹脂もしくはガラスといった透明媒体中に分散したものである。
【００５５】
例えば、半導体発光素子１０が青色の光を発し、半導体発光装置１自体の発光色を白色にする場合は、半導体発光素子１０からの青色の光を受けて、黄色に波長を変換し出射する蛍光体である。このような蛍光体材料としては、希土類ドープ窒化物系、または、希土類ドープ酸化物系の蛍光体が好ましい。より具体的には、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物、希土類ドープガーネットの(Ｙ・Ｓｍ)3(Ａｌ・Ｇａ)5Ｏ12：Ｃｅや（Ｙ0.39Ｇｄ0.57Ｃｅ0.03Ｓｍ0.01）3Ａｌ5Ｏ12、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドープアルミン酸塩等を好適に用いることができる。また、珪酸塩蛍光体（Ｓｒ1-a1-b2-xＢａa1Ｃａb2Ｅｕx）２ＳｉＯ4やアルファサイアロン（α−ｓｉａｌｏｎ:Ｅｕ）Ｍｘ(Ｓｉ，Ａｌ)12(Ｏ，Ｎ)16を黄色発光の蛍光体材料として用いても良い。
【００５６】
媒体としては、上記の封止材で説明した媒体を利用することができる。例を挙げると、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。  また、これらのガラス材料は硬化反応温度が摂氏２００度程度のものもあり、バンプや電極各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適な材料と言える。蛍光体と媒体を混ぜ合わせた状態を蛍光体塗料と呼ぶ。
【００５７】
図５には、本発明の半導体発光装置を作製する製造方法を示す。サブマウント２１となるサブマウント基板２１０上に、引出電極２２，２３を形成する。必要に応じてスルーホールや、裏面電極も形成しておく。引出電極２２，２３にはバンプ２４，２５を形成しておく。そして、半導体発光素子１０を溶着させる（図５（Ａ））。
【００５８】
サブマウント基板２１０には複数の半導体発光素子が形成される。このようにすることで、一度に多くの半導体発光装置を得ることができる。
【００５９】
次に蛍光体層３５を形成する。蛍光体層３５は半導体発光素子１０に蛍光体塗料を塗布することで形成する。形成する方法は特に限定はないが、蛍光体塗料を印刷で塗布するのが、作製時間も短く簡単である（図５（Ｂ））。
【００６０】
図６に続きの工程を示す。蛍光体層を形成したのち、封止材３８をサブマウント基板２１０の全面に形成する（図６（Ａ））。ここでは、封止材として樹脂を用いた例で説明を進める。封止材の形成方法は特に限定されない。溶剤と共に封止樹脂を液状にして塗布し、乾燥すれば、短時間でしかも高い厚み精度で封止樹脂を塗ることができる。なお、蛍光体層は必ずしも形成しなくてもよい。半導体発光素子の発光色をそのまま使用する場合もあるからである。
【００６１】
次に半導体発光素子間に溝加工を行う（図６（Ｂ））。できた溝５０は反射材を充填する空間になる。溝加工にはダイシングマシンなどを好適に用いることができる。サブマウント基板２１０を水平にして溝加工を行うことで、サブマウントの表面に対して垂直な反射面を形成することができる。なお、この際にサブマウント基板２１０をダイシングに対して傾けて設置することで、サブマウント基板２１０に対して角度を持った反射面を形成することもできる。
【００６２】
例えば、図６（Ａ）において、サブマウント基板２１０を左に傾けて（右側を高くする）、各半導体発光素子の左側に溝加工を行い、次にサブマウント基板２１０を右に傾けて、各半導体発光素子の右側に溝加工を行えば、サブマウントの表面に対して鈍角になる反射面を形成することができる。図２の半導体発光装置はこのようにして作製される。
【００６３】
溝５０は封止材だけでなく、サブマウント基板２１０まで形成するのがよい。封止材の側面部分を確実に反射材で覆うためである。溝加工は、半導体発光素子の４辺に行う。封止材の４側面に反射面を形成するためである。しかし、他の事情などによって意図的にいくつかの側面に対して反射面を形成しない場合は、その面について溝加工は行わなくても良い。
【００６４】
溝加工が終了したら、反射材４３を溝５０に充填する（図６Ｃ））。なお、反射材４３は硬化後、反射層４０を形成する。充填の方法は特に限定されるものではない。一例として、封止材の上面に一様に塗布して形成してもよい。また滴下、印刷、スプレー、スピンコート等の方法で充填することもできる。
【００６５】
図７に続きの工程を示す。反射材４３を充填した後、封止材３８の上面を研磨する（図７（Ａ））。反射材４３を溝５０に充填した後に封止材の上面を研磨することで、反射層は封止材の射光面３６と同一の面を有する。研磨の方法は特に限定されない。ラップマスターなどを好適に用いることができる。また、一度に研磨を行うのではなく、砥粒の大きさを順に変えながら研磨してもよい。
【００６６】
図８に射光面の側から見た状態を示す。サブマウント基板２１０の上に配置された半導体発光装置が左右上下に等間隔で配置されている。射光面３６が見えており、点線の四角は蛍光体層３５を表す。それぞれの半導体発光装置の間には反射材４３が充填されている。このようにすることで、本発明の半導体発光装置は面発光が可能になる。
【００６７】
図７に戻って、次に反射材４３の間で切断し、個々の半導体発光装置１となる（図７（Ｂ））。
【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態１では、図６（Ａ）および図６（Ｂ）で示したように、封止材３８を半導体発光素子を配設したサブマウント基板２１０の全面に形成し、その後溝加工を行った。この方法は短時間で大量に処理できる方法である。しかし、サブマウント基板２１０の全面に封止材を形成するため、封止材が硬化する際の応力が大きくなることもある。応力が大きくなりすぎると、サブマウント基板が反ったり、封止材を形成した部分で割れが生じたりする場合もある。そこで、それぞれの半導体発光素子毎に封止材を形成してもよい。
【００６９】
図９には、本発明の半導体発光装置の製造方法の一部を示す。図９（Ａ）は、図６（Ａ）に対応する図であり、図９（Ｂ）は図６（Ｂ）と同じ図である。本実施の形態の製造方法では、図９（Ａ）で示した封止材の形成方法以外は、実施の形態１の製造方法とまったく同じでよい。
【００７０】
本実施の形態では蛍光体層３５を形成した後、封止材は、個々の半導体発光素子毎に形成する。又は、図８で示した半導体発光素子の並びで、列方向若しくは縦方向だけ連続的に形成してもよい。全面を一度に形成しなければ、樹脂硬化時の応力を軽減できるからである。
【００７１】
本実施の形態の製造方法は、実施の形態１で製造した半導体発光装置と同じものを得ることができる。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、工程数を省略できる製造方法について説明する。
【００７３】
図１０を参照して、サブマウント基板２１０に引出電極２２，２３を形成し、バンプ２４，２５をさらに形成して、半導体発光素子１０を配設する（図１０（Ａ））。半導体発光素子１０の周囲に蛍光体層３５も形成する（図１０（Ｂ））。以上の工程は実施の形態１と同じである。
【００７４】
次に封止材３８をそれぞれの半導体発光素子毎に形成する（図１０（Ｃ））。形成の方法は限定されるものではない。しかし、印刷などで行うのが簡便で早くできる。
【００７５】
図１１に続きの工程を示す。封止材を形成した後、反射材４３をサブマウント基板２１０の全面に塗布形成する（図１１（Ａ））。本実施の形態では溝加工を行わない。
【００７６】
射光面３６となる面を研磨で形成する（図１１（Ｂ））。この結果は図８と同じようになる。そして、反射材４３の充填部分で切断する（図１１（Ｃ））。以上のような工程を経ることで反射層が側面に形成された半導体発光装置を得ることができる。
【００７７】
本実施の形態で示した半導体発光装置の製造方法では、溝加工を行う工程を省略することができ、より短時間で半導体発光装置を作製することができる。ただし、反射面４１は、封止材の形成時の形状がそのまま反映される。そのためサブマウント２１と反射面とのなす角は、直角より小さい角度になる場合もある。
【００７８】
（実施の形態４）
図１２に本実施の形態にかかわる半導体発光装置を示す。本実施の形態では、射光面３６の表面に反射防止処理済射光面５７が形成されている。反射防止処理を行なうことで、封止材３８内を進む光で射光面に浅い角度で入射する光が全反射するのを防止し、半導体発光装置からの光取り出し効率が向上する。
【００７９】
図１３に半導体発光装置の製造方法を示す。サブマウント基板２１０上に半導体発光素子を配設し、蛍光体層３５を形成したのち、封止材で封止する。その後溝加工を行って反射材４３を充填し、射光面３６を研磨するまでは、実施の形態１による図７（Ａ）と同じである。
【００８０】
本発明の製造方法では、その後射光面３６の全面に微小な凹凸構造を持つ、反射防止処理済射光面５７を形成する（図１３（Ａ））。微小な凹凸構造は射光面での全反射を防ぎ、光の取り出し効率を向上させる。全面に形成するのは、個々の半導体発光装置毎に行うのは煩雑だからである。
【００８１】
微小凹凸構造は、ナノインプリント技術を用いた微細加工を用いれば、光の波長と同程度若しくは、使う光の波長によっては、それ以下のスケールの微細パターンを形成することもできる。また形状も溝形状、錘状、半円球状など、さまざまなパターンの形成が可能である。なお、ナノインプリントを行う面は平坦であることが必要であるが、射光面３６と反射材４３からなる研削面は非常に平坦に形成されるので、精度良く微細パターンを形成することができる。ナノインプリントを行なう場合は、液状樹脂を射光面３６上に薄く塗布した後、モールドを押し付け、塗布した樹脂を熱硬化又は紫外線硬化することで、モールド面に形成された凹凸形状を転写する。
【００８２】
射光面３６が無機の封止材からなる場合は、射光面３６にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのポリマーレジストを塗布し、ナノインプリント等によりレジストの微細パターンを形成し、これをマスクとしてＣＦ4等のガスでエッチングすることで射光面３
６に凹凸を形成する。エッチングによる表面の凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、また光取り出し効果も向上する。しかし、凹凸形状の正確な制御が困難であり、また全く同じ凹凸形状を多くの基板表面上に形成できないという特性がある。
【００８３】
また、研磨する工程（図７（Ａ））の最後に用いる砥石の粒度を調節して、研削が終わった状態で、ある範囲の表面粗さに仕上げ、基板表面の凹凸構造とすることもできる。
【００８４】
また、インクジェット印刷法により基板表面に凹凸構造を作製することもできる。この方法は基板をエッチングする工程を含まないので簡便に行うことができる。作製する凹凸構造自体の屈折率を調整することで、光取り出し効果を得る事ができる。そして、射光面３６に微小凹凸構造を形成した後、反射材４３の部分で切断し、本実施の形態にかかわる半導体発光装置を得る（図１３（Ｂ））。
【００８５】
なお、境界面における屈折率の関係で全反射が生じ、光取り出し効率が低下するのは、射光面３６と大気の間だけでなく、半導体発光素子の射光面１８と蛍光体層３５の界面や、蛍光体層３５と封止材３８の界面でも発生する問題である。従って、半導体発光素子の射光面１８や、蛍光体層の射光面に反射防止処理を行ってもよい。
【００８６】
なお、本明細書を通じてＣｌは塩素、Ｆはフッ素、Ｂｒは臭素、Ｉはヨウ素、Ａｌはアルミニウム、Ｇａはガリウム、Ｓｉはシリコン、Ｉｎはインジウム、Ｎは窒素、Ｏは酸素、Ａｇは銀、Ｒｈはロジウム、Ｐｔは白金、Ｎｉはニッケル、Ｃｏはコバルト、Ｔｉはチタン、Ａｕは金、Ｙはイットリウム、Ｓｍはサマリウム、Ｃｅはセリウム、Ｇｄはガドリニウム、Ｓｒはストロンチウム、Ｂａはバリウム、Ｃａはカルシウム、Ｅｕはユウロピウム、を表す。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、封止材の側面に反射層を形成し、発光効率の高い半導体発光装置に利用する事が出来る。
【符号の説明】
【００８８】
１  半導体発光装置
１０  半導体発光素子
１１  基板
１２  ｎ型層
１３  活性層
１４  ｐ型層
１６  ｎ側電極
１７  ｐ側電極
２０  支持体
２１  サブマウント
２２  ｎ側引出電極
２３  ｐ側引出電極
２４  ｎ側バンプ
２５  ｐ側バンプ
２６，２７  スルーホール
３５  蛍光体層
３６  射光面
３８  封止材
４０  反射層
４３  反射材
５０  溝
５７  反射防止処理済射光面
２１０  サブマウント基板
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を搭載するサブマウントと、
前記サブマウント上で前記半導体発光素子を封止する封止材と、
前記封止材の射光面を上面としたときに該封止材の側面に配設された反射層とを有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記封止材は平坦な射光面を有する請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項３】
前記反射層は、前記射光面と同一の面を有し、さらに前記封止材と前記サブマウントの両方に接している請求項２に記載された半導体発光装置。
【請求項４】
前記封止材と前記反射層の境界面は前記サブマウントの表面に対して略垂直である請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項５】
前記封止材と前記反射層の境界面は前記サブマウントの表面に対して鈍角である請求項１に記載された半導体発光装置。
【請求項６】
前記射光面に微小凹凸構造を有する請求項２または３に記載された半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子の周囲に蛍光体層を有する請求項１乃至６の何れか１の請求項に記載された半導体発光装置。
【請求項８】
サブマウント基板上に複数の半導体発光素子を固定する工程と、
前記半導体発光素子を封止材で封止する工程と、
前記半導体発光素子間に反射材を充填する工程と
前記封止材の表面を研磨する工程と、
前記反射材を充填した部分をサブマウント基板まで含めて切断する工程とを含む半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記封止材で封止する工程は、前記サブマウント基板上に配置された前記半導体発光素子を個々に封止する工程である請求項８に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記封止材で封止する工程は、前記サブマウント基板上に封止材の層を形成する工程である請求項８に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反射材を充填する工程は、
前記半導体発光素子間に前記サブマウント基板の一部まで達する溝を形成する工程と、
前記溝に反射材を充填する工程とを含む請求項８乃至１０の何れか１つの請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記溝は前記サブマウント基板の表面に対して略垂直に形成された請求項１１に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記溝は前記サブマウント基板の表面に対して斜めに形成された請求項１１に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記封止材の表面を研磨する工程の後に、微小凹凸構造を形成する工程を有する請求項８乃至１３の何れか１つの請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体発光素子の周囲に蛍光体層を形成する工程を有する請求項８乃至１４の何れか１の請求項に記載された半導体発光装置の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009066430.tif 000017
【図２】
2009066430.tif 000018
【図３】
2009066430.tif 000019
【図４】
2009066430.tif 000020
【図５】
2009066430.tif 000021
【図６】
2009066430.tif 000022
【図７】
2009066430.tif 000023
【図８】
2009066430.tif 000024
【図９】
2009066430.tif 000025
【図１０】
2009066430.tif 000026
【図１１】
2009066430.tif 000027
【図１２】
2009066430.tif 000028
【図１３】
2009066430.tif 000029
【図１４】
2009066430.tif 000030
【国際調査報告】
2009066430.tif 000031
2009066430.tif 000032
2009066430.tif 000033
2009066430.tif 000034