(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
第１の電極が設けられた第１の半導体と、
前記第１の半導体に形成され前記第１の半導体とは異なる導電型を有する第２の電極が設けられた第２の半導体と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれか一方に電気的に接続された導電体と、
前記第１及び第２の半導体に設けられた第１の絶縁保護膜と、
を備える素子構造と、
前記素子構造を覆う第２の絶縁保護膜と、
を有する半導体素子であって、
前記基板は該表面に、前記素子構造が設けられた第１の領域と、該第１の領域の外側の第２の領域と、を有し、
前記第２の絶縁保護膜は、前記第１の電極と第２の電極とを覆って前記素子構造を封止する樹脂であり、
前記導電体は、前記第１の絶縁保護膜を介して前記素子構造の外周方向に前記第２の領域上まで延伸されて、前記第２の絶縁保護膜の外周から露出され、該第２の領域上に設けられた接続部を有する半導体素子。
【請求項２】
前記導電体は、前記第１及び第２の電極の両方に設けられている請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極の両方に設けられた前記導電体の接続部間の距離は、前記第１及び第２の電極間の距離よりも広い請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第１の絶縁保護膜及び前記第２の絶縁保護膜の少なくとも一方は、ＡｌＮとポリシラザンとが少なくとも含有されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記半導体素子の厚みは、１０〜２００μｍである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記半導体素子は、半導体発光素子である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第２の絶縁保護膜は、前記半導体発光素子から発光される光に対して透過性を有する請求項６に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第２の絶縁保護膜は、前記半導体発光素子からの光の一部を吸収してそれよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質を含有する請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体発光素子と、
該半導体発光素子からの光の一部を吸収してそれよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質と、
該半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置。
【請求項１０】
前記半導体発光素子は、前記実装基板にフェースダウンボンディングされるフリップチップ型半導体発光素子である請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光装置の前記実装基板面に垂直な断面において、前記実装基板と前記第２の絶縁膜との間で、前記第２の絶縁膜の上面が露出されている請求項１０に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ型半導体素子、主に、フリップチップ型半導体光電変換素子、さらに詳しくはフリップチップ型半導体発光素子、及びその製造方法に関する。これらは、液晶のバックライト、照明光源、各種インジケータや交通信号灯などに利用される。また、本発明は、半導体発光素子と、それよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質と、を有する長波長変換型発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物化合物半導体を用いた発光素子が、青色系の発光が可能な発光素子として注目されている。また、この青色系の発光素子から発光された青色光の少なくとも一部を吸収して、黄色が発光可能な蛍光体等を配置することにより、白色系が発光可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）が、注目されている。
【０００３】
このような発光装置に使用される発光素子は、基板上にｎ型半導体層を成長させ、そのｎ型半導体層上に直接又は活性層（発光層）を介してｐ型半導体層を成長させた層構造を有する。また、絶縁体である基板を用いて構成される他の発光素子では、導電性の半導体基板を用いて構成される他の発光素子とは異なり、正電極及び負電極が同一面側の半導体層上に形成されている。すなわち、ｐ側の正電極はｐ型半導体層上に形成され、ｎ側の負電極は、所定の位置で、ｐ型半導体層（発光層を備えたものでは発光層を含む）をエッチングにより除去してｎ型半導体層の上面を露出させて形成される。
【０００４】
このような化合物半導体発光素子では、通常、同一面側に正負の電極が形成されているので、正負の電極間の短絡を防止するために正負の電極の取り出し部分（実装基板の電極との接続部分）を除いて、絶縁保護膜が形成され、電極面を上又は下にして実装基板に実装されて使用される。
【０００５】
このような、化合物半導体発光素子及び化合物半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置には、例えば、特開２００１―４４４９８号公報が公開及び特願２００１−５３５１１号が出願されている。図６乃至図８を用いて説明する。これらの半導体発光素子は、フリップチップ型であり、基板に半導体層を積層し、該半導体層に電極を形成する構成を有し、半導体発光素子成形後、表裏を逆にして、実装基板に実装する。このような工程を経るため、上下関係については、基板の上面に半導体層を積層し、その上面に電極を形成すると呼ぶこととし、図６乃至図８の上下を逆にして説明する。
【０００６】
従来の半導体発光素子３００は、基板１０１に対し同一面側に正負の電極１０４、１０５が形成されている。図６は、従来の半導体発光素子３００の断面図を示す。図６に示す半導体発光素子３００は、基板１０１上にｎ型半導体層１０２、その上面にｐ型半導体層１０３を積層し、ｎ型半導体層１０２の上面にｎ型電極１０４が形成され、ｐ型半導体層１０３の上面にｐ型電極１０５が形成されている。半導体発光素子３００を実装する実装基板１１５には、ｎ型電極１０４に接続する負の電極１１３と、ｐ型電極１０５に接続する正の電極１１４とが形成されている。このｎ型電極１０４と負の電極１１３とを接続するために導電性接着剤１１１が用いられ、ｐ型電極１０５と正の電極１１４とを接続するために導電性接着剤１１２が用いられている。しかし、この半導体発光素子３００の表裏を逆にして、すなわち電極面を下にして実装基板１１５に実装する場合、同一面側に形成された正負の電極１０４、１０５間に、導電性接着剤１１１，１１２が横方向にはみ出して電極間を短絡させるという問題があった。このように製造時に正負の電極間の短絡を防止するため、導電性接着剤の量、粘度等を厳しく管理する必要があり製造費用を上昇させる原因にもなっていた。そのため、この問題点を解決すべく、特開２００１−４４４９８号公報（以下、「引例１」という。）に記載の半導体発光素子３１０が発明されている。
【０００７】
引例１に記載されている半導体発光素子３１０は、基板１０１に対し同一面側に正負の電極１０４、１０５が形成されている。図７は、引例１に記載されている半導体発光素子３１０の断面図を示す。従来の半導体発光素子３００と同一構成のところは、説明を省略する。引例１の半導体発光素子３１０は、ｎ型電極１０４上の開口部分外側の絶縁保護膜１０８ａ上に該ｎ型電極１０４と導通する導電体１０６ａが形成され、ｐ型電極１０５上の開口部分外側の絶縁保護膜１０８ａ上に該ｐ型電極と導通する導電体１０７ａが形成されている。導電体１０６ａ及び導電体１０７ａは、導電性接着剤１１１及び導電性接着剤１１２を用いて、実装基板１１５に電気的に接続されている。
【０００８】
特願２００１―５３５１１号（以下、「引例２」という。）の出願明細書に記載されている半導体発光素子３２０もまた、基板１０１に対し同一面側に正負の電極１０４、１０５が形成されている。図８は、引例２の出願明細書に記載されている半導体発光素子３２０の断面図を示す。従来の半導体発光素子３００と同一構成のところは、説明を省略する。この半導体発光素子３２０は、ｎ型電極１０４の上面に該ｎ型電極１０４と導通する導電体１０６ｂが形成され、ｐ型電極１０５の上面に該ｐ型電極１０５と導通する導電体１０７ｂが形成されている。該導電体１０６ｂ及び導電体１０７ｂは、導電性接着剤１１１及び導電性接着剤１１２を用いて、実装基板１１５に電気的に接続されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、引例１に記載されている半導体発光素子３１０及び引例２の出願明細書に記載されている半導体発光素子３２０は、短絡を防止する点で優れているが、ｎ型電極１０４及びｐ型電極１０５の間が、極めて狭い場合、導電性接着剤１１１及び１１２が、横方向にはみ出してきて、正負の電極の短絡を防止することが困難となる。このことは、将来的に半導体発光素子の基板面積を小さくしていく上で、新たな課題となっていた。
【００１０】
また、従来の半導体発光素子３００において、実装基板１１５と基板１０１の下面（半導体層が形成されていない面）との高さＨ３は、製造される半導体発光素子３００の厚みが決まっていたため、導電性接着剤１１１及び導電性接着剤１１１２の量により、高さ調節を行っていた。そのため、半導体発光素子３００の基板１０１の高さＨ３の高さ調節を行うことが困難であった。一方、半導体発光素子３００の厚みを変更することにより、高さＨ３の変更を行う場合は、基板１０１の厚みを変更させたり、正の電極１０４及び負の電極１０５の厚さを適宜変更させたりしなければならず、製造部品点数が多くなり、製造費用を上昇させることになるという問題がある。このことは、引例１に記載されている半導体発光素子３１０及び引例２の出願明細書に記載されている半導体発光素子３２０においても、同様である。
【００１１】
そこで、本発明は、正負の電極間の短絡を効果的に防止することができるフリップチップ型半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、フリップチップ型半導体素子の高さ調節が、極めて簡単に行えるフリップチップ型半導体素子を提供することを目的とする。特に、発光装置に使用するフリップチップ型半導体発光素子に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る半導体素子は、基板上に、第１の電極が設けられた第１の半導体と、前記第１の半導体に形成され前記第１の半導体とは異なる導電型を有する第２の電極が設けられた第２の半導体と、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくともいずれか一方に電気的に接続された導電体と、前記第１及び第２の半導体に設けられた第１の絶縁保護膜と、を備える素子構造と、前記素子構造を覆う第２の絶縁保護膜と、を有する半導体素子であって、前記基板は該表面に、前記素子構造が設けられた第１の領域と、該第１の領域の外側の第２の領域と、を有し、前記第２の絶縁保護膜は、前記第１の電極と第２の電極とを覆って前記素子構造を封止する樹脂であり、前記導電体は、前記第１の絶縁保護膜を介して前記素子構造の外周方向に前記第２の領域上まで延伸されて、前記第２の絶縁保護膜の外周から露出され、該第２の領域上に設けられた接続部を有する半導体素子に関する。以下、半導体素子は、フリップチップ型半導体発光素子として説明するが、これに限定されるものではない。引例１では、正負の電極１０４及び１０５の上部に導電体１０６ａ及び１０７ａを半導体発光素子３１０に設け、導電体１０６ａ及び１０７ａに対向するように実装基板１１５の正負の電極１１３及び１１４を設けている。つまり、前記正負の電極１０４及び１０５と、前記導電体１０６ａ及び１０７ａと、前記正負の電極１１３及び１１４と、を結ぶ直線上に絶縁物は設けられていない。この前記正負の電極１０４及び１０５と、前記正負の電極１１３及び１１４との間に、絶縁物が設けられているときは、前記正負の電極１０４及び１０５と、前記正負の電極１１３及び１１４の間に電流が流れないため、半導体発光素子として機能しない。引例２においても、同様である。一方、本発明は、上記構成を採ることにより、従来技術と異なる構成を有し、極めて有利な効果を示す。図１（ａ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体素子のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体発光素子を上方から見た概略図を示す。図１は、第１の電極及び第２の電極の双方に導電体を設けているが、本発明は、第１の電極及び第２の電極のいずれか一方に導電体が設けられていればよい。便宜上、主として第１の電極に導電体を設けているものとして説明するが、第２の電極にのみ導電体を設ける場合も同様の作用効果を示す。本発明に係るフリップチップ型半導体素子２００は、第１の電極４に電気的に接続される導電体６を設けており、前記導電体６の一部分には、電気的に接続する接続部６ｃを有しており、前記第１の電極４の上部とは異なる位置に前記接続部６ｃを形成している。また、前記第１の電極４の上部９は、絶縁物である絶縁保護膜８で覆われている。従って、実装基板１５に設けられている第１の電極１３は、第１の電極４の上部９には存在せず、第１の電極４の上部９とは異なる位置に存在することとなる。このことから、従来技術とは、構成が異なる。また、前記接続部６ｃが、前記第１の電極４の上部９とは異なる位置に存在するため、例えば、第１の電極４と第２の電極５との間より、第２の電極５と接続部６ｃとの間を広くすることにより、フリップチップ型半導体素子１００と実装基板１５との接続部分の導電性接着剤１１及び１２のはみ出しによる電極間の短絡を極めて効果的に防止することができる。このことから、従来技術とは構成及び効果が異なり、本発明は、極めて重要な意義を有する。
【００１３】
また、第１の電極４の上部９とは異なる位置に導電体６を設けることにより、第１の電極４が設けられている位置に関わらず、実装基板１５の第１の電極１３と接続することができる。従来の半導体発光素子では、基板の大きさにより、基板に設けられた電極の位置が異なっていた。電極の位置が異なることにより、実装基板の接続部のパターンを変更、製造しなければならず、製造費用の上昇を招いていた。しかし、本発明では、基板の大きさや、電極の位置に関わらず、所望の位置に、導電体を設けることができる。これにより、基板１の大きさの異なるフリップチップ型半導体素子を用いる場合でも、実装基板の接続部のパターンを変更しなくても良いため、基板１の大きさの異なるフリップチップ型半導体素子を用いる場合でも、実装基板の接続部をパターン化でき、種々のフリップチップ型半導体素子を取り付けることができ、製造費用の低廉を図ることができる。
本発明の半導体素子は、フリップチップ型である。フリップチップ、若しくは、フリップチップボンディングとは、ワイヤレスボンディングの一種であり、半導体チップ表面の電極上にバンプと呼ばれる突起電極を形成し、チップの表裏を逆にして、セラミックなどの配線基板の電極とバンプとを位置合わせして、フェースダウンボンディングで接続する実装方法のことをいう。
【００１４】
本発明は、第１の電極が設けられた第１の半導体と、前記第１の半導体に形成され前記第１の半導体とは異なる導電型を有する第２の電極が設けられた第２の半導体と、前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれに電気的に接続された導電体と、前記第１及び第２の半導体の少なくとも一部を覆うように設けられた絶縁保護膜と、を少なくとも構成中に含有するフリップチップ型半導体素子であって、前記導電体が接続されている前記電極の上部は、前記絶縁保護膜で覆われており、前記導電体の一部分には、電気的に接続される接続部を有しており、前記接続部は、前記導電体が接続されている前記電極の半導体に対して、前記導電体が接続されている前記電極の上部とは異なる位置に前記接続部が形成されており、前記対応する接続部間の距離は、前記対応する第１及び第２の電極間の距離よりも広いフリップチップ型半導体素子に関する。上記構成を採ることにより、さらに電極間の短絡を極めて効果的に防止することができる。具体的には、第１及び第２の電極のそれぞれに導電体を設けており、第１及び第２の電極間よりも、第１及び第２の導電体間を広くすることにより、従来よりも電極間の短絡を極めて効果的に防止することができる。
【００１５】
前記第１の半導体に第２の半導体を形成する側に設けられた前記接続部と前記絶縁保護膜であって、前記接続部の上面と前記絶縁保護膜の上面とは、ほぼ同一平面にあることが好ましい。これにより、フリップチップ型半導体素子を実装基板等へボンディングする際の接地安定性の向上を図ることができる。
【００１６】
前記絶縁保護膜は、第１の絶縁保護膜と第２の絶縁保護膜とから構成されており、前記第１の絶縁保護膜は、前記導電体と接続される部分を除く前記電極部分と、前記第１及び第２の半導体と、少なくとも一部分を覆うように設けられており、前記第２の絶縁保護膜は、前記導電体が接続されている前記電極の上部を覆うように設けられていることが好ましい。これにより導電体が接続されている電極の上部とは異なる位置に該導電体を延伸することができ、該導電体の接続部の位置を適宜変更することができるからである。例えば、導電体が接続されている電極と異なる電極との距離を広くする方向に、該導電体を延伸することが望ましいが、狭くする方向に導電体が形成されていてもよい。実装基板の電極に対向する位置に導電体を形成するために、該導電体の位置を適宜変更することを可能にしたものである。
【００１７】
前記絶縁保護膜、前記第１の絶縁保護膜及び前記第２の絶縁保護膜のうち少なくともいずれか１つは、ＡｌＮとポリシラザンとが少なくとも含有されていることが好ましい。これにより、発光効率、信頼性、及び、色純度の高い発光素子を得ることができる。これらはＡｌＮとポリシラザンとの組み合わせが最も好ましいが、他の無機材料とポリシラザンとを組み合わせてもよく、さらに、一般的に使用されている透過性モールド部材を用いて形成を行っても良い。
【００１８】
前記導電体は、第１の導電体と第２の導電体とから構成されており、前記第１の導電体は、前記第１の絶縁保護膜上に形成されており、前記第２の導電体の一の部分は、前記第１の導電体と電気的に接続されており、前記第２の導電体の他の部分は、接続部が形成されていることが好ましい。これにより後で詳述する製造方法を採ることが可能となり、より簡単にフリップチップ型半導体素子を製造することができる。
【００１９】
前記フリップチップ型半導体素子の厚みは、１０〜２００μｍであることが好ましい。より好ましくは５０〜１５０μｍである。フリップチップ型半導体素子をより薄型にすることにより、フリップチップ型半導体発光素子が実装された発光装置を、より薄型にすることができるからである。
【００２０】
前記フリップチップ型半導体素子は、フリップチップ型半導体発光素子であることが好ましい。フリップチップ型半導体発光素子では、発光部分に対して、電極部分が陰にならず、半導体層の全面発光が行われるため、発光出力の向上を図ることができる。
【００２１】
本発明は、フリップチップ型半導体発光素子と、該フリップチップ型半導体発光素子からの光の一部を吸収してそれよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質と、該フリップチップ型半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置において、該フリップチップ型半導体発光素子は、請求項８に記載のフリップチップ型半導体発光素子である発光装置に関する。フリップチップ型半導体素子の厚さを調節することにより、所望の高さを有するフリップチップ型半導体発光素子が組み込まれた発光装置を提供することができる。これにより、従来、発光素子を実装基板に実装する際、ハンダ等により発光素子の高さ調節を行っていた工程を不要にすることができる。また、薄型の発光装置を提供することができる。
【００２２】
本発明は、第１の半導体に、第１の半導体とは異なる導電型を有する第２の半導体を形成する第一の工程と、第一の工程後、第１の半導体に第１の電極を、第２の半導体に第２の電極をそれぞれ設ける第二の工程と、第二の工程後、前記第１及び第２の電極のうち少なくともいずれか一方に開口部分を有するように第１の絶縁保護膜を設け、さらに、前記第１及び第２の半導体のうち少なくとも一部分を覆うように前記第１の絶縁保護膜を設ける第三の工程と、第三の工程後、前記開口部分から前記第１の絶縁保護膜上に延びる前記電極と電気的に接続される第１の導電体を設ける第四の工程と、第四の工程後、前記第１の導電体に第２の導電体を設ける工程であって、前記第２の導電体の一部分には、電気的に接続される接続部を有しており、前記接続部は、前記第１の導電体が接続されている前記電極の半導体に対して、前記第１の導電体が接続されている前記電極の上部とは異なる位置に前記接続部を形成するように、前記第２の導電体の他の一部分を前記第１の導電体に設ける第五の工程と、第五の工程後、前記第１の導電体が接続されている前記電極の上部を覆う第２の絶縁保護膜を設ける第六の工程と、を少なくとも有するフリップチップ型半導体素子の製造方法に関する。これにより、従来、電極の上部に形成されていた導電体の接続部を、電極の上部とは、異なる位置に導電体の接続部を形成することができる。これにより、一のフリップチップ型半導体素子における異なる電極間に生じていた短絡を効果的に防止することができる。
【００２３】
また、引例２では、発光素子の電極の上面に導電体を形成している。引例１では、発光素子の電極の上面から外側に延びる導電体が形成されている。いずれの引例でも、導電体と実装基板の電極との最短路は、導電体の上面から実装基板の電極へ垂直上方へ延びる路である。これに対して、本発明は、フリップチップ型半導体素子の電極の上部には、第１の絶縁保護膜が形成されており、フリップチップ型半導体素子の電極の上部とは異なる位置に導電体を形成し、実装基板の電極との電気的接続を行っている。つまり、フリップチップ型半導体素子の電極の上部とは異なる位置から実装基板の電極へと導通する導電体を形成することは、従来技術にはない構成である。この構成を採ることにより、短絡を効果的に防止する効果を有する。
さらに、従来、発光素子に形成された導電体の位置を変更すると、該導電体に対向する実装基板の電極の位置の変更を要していたため、新たに実装基板を製造しなければならなかった。これに対し、本発明の製造方法を使用することにより、フリップチップ型半導体素子に設けられた電極の位置に関わらず、フリップチップ型半導体素子を実装する実装基板の電極の配置に対向するように、フリップチップ型半導体素子の導電体の位置を適宜変更して配置することができる。つまり、フリップチップ型半導体素子の電極位置を変更するにあたって、実装基板の電極の配置変更が不要となり、新たに実装基板を製造しなくてもよいため、製造費用の低廉を図ることができる。
【００２４】
本発明は、第１の半導体に、第１の半導体とは異なる導電型を有する第２の半導体を形成する第一の工程と、第一の工程後、第１の半導体に第１の電極を、第２の半導体に第２の電極をそれぞれ設ける第二の工程と、第二の工程後、前記第１及び第２の電極のそれぞれに開口部分を有するように第１の絶縁保護膜を設け、さらに、前記第１及び第２の半導体のうち少なくとも一部分を覆うように前記第１の絶縁保護膜を設ける第三の工程と、第三の工程後、前記開口部分から前記第１の絶縁保護膜上に延びる前記電極と電気的に接続される第１の導電体を設ける第四の工程と、第四の工程後、前記第１の導電体に第２の導電体を設ける工程であって、前記第２の導電体の一部分には、電気的に接続される接続部を有しており、前記接続部は、前記第１の導電体が接続されている前記電極の半導体に対して、前記第１の導電体が接続されている前記電極の上部とは異なる位置に前記接続部を形成するように、前記第２の導電体の他の一部分を前記第１の導電体に設ける第五の工程と、第五の工程後、前記第１及び第２の電極のそれぞれの上部を覆う第２の絶縁保護膜を設ける第六の工程と、を少なくとも有するフリップチップ型半導体素子の製造方法に関する。第１の電極及び第２の電極のそれぞれに電気的に接続された導電体間の距離を、第１の電極及び第２の電極間の距離よりも広くすることが好ましい。これにより、第１の電極及び第２の電極間に生じていた短絡を極めて効果的に防止することができる。具体的には、第１及び第２の電極のそれぞれに導電体を設けており、第１及び第２の電極間よりも、第１及び第２の導電体間を広くすることにより、従来よりも電極間の短絡を極めて効果的に防止することができる。また、フリップチップ型半導体素子に形成される導電体が２つになるため、導電体が１つのときよりも、実装基板の電極へ実装する際の、フリップチップ型半導体素子の取り付け位置の自由度を大きくすることができる。
【００２５】
前記第六の工程において、前記第１及び第２の電極のそれぞれの上部を少なくとも覆うように第２の絶縁保護膜を設け、さらに、前記第２の絶縁保護膜の上面と前記接続部の上面とは、ほぼ同一平面になるように前記第２の絶縁保護膜を成形することが好ましい。これにより、フリップチップ型半導体素子を実装基板へ実装する際の接地安定性の向上を図ることができる。
【００２６】
前記第六の工程において、前記第１及び第２の電極のそれぞれの上部を覆う第２の絶縁保護膜を設け、さらに、前記第２の絶縁保護膜の上面と前記接続部の上面とは、ほぼ同一平面になるように前記第２の絶縁保護膜及び前記接続部のうち少なくともいずれか一方を切削することが好ましい。第２の絶縁保護膜を、前記第１の半導体、第２の半導体、第１の電極、第２の電極及び第１の絶縁保護膜などの上部全部を覆うようにやや過剰に設け、成形段階で、第２の絶縁保護膜の上部を切削すればよいため、より容易に、成形加工を行うことができる。また、第２の絶縁保護膜の上面を切削することによりフリップチップ型半導体素子の厚さ調節を行うことができる。また、前記第２の絶縁保護膜及び前記接続部の両方を切削することにより、第２の絶縁保護膜の上面から容易に導電体部分を露出することができ、実装基板の電極との電気的接続をさらに容易にすることができる。
【００２７】
請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のフリップチップ型半導体素子の製造方法は、フリップチップ型半導体発光素子の製造方法であることが好ましい。これにより、市場の需要が大きいフリップチップ型半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
【００２８】
本発明は、フリップチップ型半導体発光素子を実装基板に実装し、該フリップチップ型半導体発光素子を該フリップチップ型半導体発光素子からの光の一部を吸収してそれよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質で覆う、発光素子の製造方法において、該フリップチップ型半導体発光素子は、請求項１４のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法により製造されたものであることを特徴とする発光装置の製造方法に関する。これにより、市場の需要が大きい発光装置の提供を行うことができる。
以上のことから、本発明は、正負の電極間の短絡を極めて効果的に防止することができるフリップチップ型半導体素子及びその製造方法を提供することができる。該フリップチップ型半導体発光素子を実装する実装基板及びその製造方法を提供することができる。また、フリップチップ型半導体素子の厚さ調節が、極めて簡単に行えるフリップチップ型半導体素子を提供することができる。さらに、実装基板に設けられた電極位置の変更に適宜対処し得るフリップチップ型半導体素子を提供することができる。そのほか、発光素子を実装基板へ実装する際の、接地安定性の向上、発光性能の向上も併せて図ることができる。本発明は、以上の如く極めて重要な技術的意義を有する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフリップチップ型半導体素子、発光装置及びそれら製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
【００３０】
本発明に係るフリップチップ型半導体素子は、フリップチップ型の半導体発光素子であることが好ましいが、レーザー素子、フォト素子、太陽電池などの光素子、トランジスタ等にも応用できる。一例として本発明に係るフリップチップ型半導体素子は、フリップチップ型半導体発光素子であり、該フリップチップ型半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置であるとして、説明するが、これに限定されない。
図１（ａ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体発光素子２００のＡ−Ａ断面図を示す。図１（ｂ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体発光素子２００を上方から見た概略図を示す。図２は、本発明に係るフリップチップ型半導体素子２００の製造方法を示す。以下、図面を用いて説明する。但し、フリップチップ型半導体発光素子２００を製造後、表裏を逆にして、実装基板１５に実装するが、フリップチップ型半導体発光素子２００の製造方法も併せて説明するため、図１（ａ）は、実装基板１５をフリップチップ型半導体発光素子２００の上方に示している。
基板１、第１の半導体２、活性層（発光層）（極めて薄いため、図示しない）、第２の半導体３の順に下から形成している。第１の半導体２には、第１の電極４が設けられ、第２の半導体３には、第２の電極５が設けられている。第１の半導体２、第２の半導体３、第１の電極４及び第２の電極５、の外周の少なくとも一部分は、第１の絶縁保護膜８ａで覆われている。第１の絶縁保護膜８ａは、第１の電極４の上面及び第２の電極５の上面が開口部となるように形成されている。第１の絶縁保護膜８ａで覆われていない第１の電極４の上面には、導電体６か電気的に接続されている。導電体６は、第１の導電体６ａと第２の導電体６ｂとからなり、第１の導電体６ａは、第１の電極４に接続されている。同様に、第１の絶縁保護膜８ａで覆われていない第２の電極５の開口部には、導電体７か電気的に接続されており、導電体７は、第１の導電体７ａと第２の導電体７ｂとからなり、第１の導電体７ａは、第２の電極５に接続されている。そして、第１の電極４の上部９及び第２の電極５の上部１０は、第２の絶縁保護膜８ｂで覆われている。このような構成を有するフリップチップ型半導体発光素子２００は、表裏を逆にして第２の導電体６ｂ及び第２の導電体７ｂと、実装基板１５の第１の電極１３及び第２の電極１４との位置あわせを行い、導電性接着剤１１、１２を用いて実装する（図１（ａ）では、実装基板１５をフリップチップ型半導体発光素子２００の上方に示している。）。基板１は、実装基板１５が実装されている裏面と逆の表面に、蛍光物質を用いて、ほぼ全面を覆っている。
【００３１】
以下、本発明の各構成について詳述する。以下において、フリップチップ型半導体発光素子２００は、単に半導体素子２００という。
高効率に発光輝度の高い可視光を発光可能な半導体素子２００として、窒化物半導体（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を活性層に利用したものが好適に挙げられる。
半導体素子２００は、第１の半導体２が設けられている裏面と反対の表面からの光を出力するため、基板１は、透光性のあるものが好ましい。但し、トランジスタなどの発光を主目的としない半導体素子である場合は、透光性を有しない絶縁性基板を用いることもできる。窒化物半導体を利用した発光素子２００は、サファイア基板、スピネル（ＭｇＡｉ２Ｏ４）基板、ＳｉＣ、ＧａＮ単結晶等の上に形成させることができるが、量産性と結晶性を満たすにはサファイア基板を用いることが好ましい。
第１の半導体２は、ｎ型半導体層を使用し、第２の半導体３は、ｐ型半導体層を使用することが好ましいが、第１の半導体２に、ｐ型半導体層を使用し、第２の半導体３は、ｎ型半導体層を使用するものでもよく、他の異なる導電型、例えばｉ型などを有していれば良い。本発明の実施の形態では、第１の半導体２に、ｎ型の窒化物半導体層を使用し、第２の半導体３には、ｐ型の窒化物半導体層を使用し、絶縁性基板であるサファイア基板１上に、これら半導体層を積層している。第１の半導体２は、第１の絶縁保護膜８ａや第１及び第２の導電体６ａ、７ａを基板１に形成するための部分を除くほぼ全面に形成されていることが好ましい。第１の絶縁保護膜８ａや第１及び第２の導電体６ａ、７ａを基板１に形成することにより、これらの基板への密着安定性の向上を図ることができるからである。但し、第１の半導体は、基板１のほぼ全面に形成されているものでも良い。第２の半導体３は、第１の電極４を除く、第１の半導体２のほぼ全面に形成されることが、発光効率の点から、好ましい。第１の半導体２及び第２の半導体３のいずれも、異なる組成を有する半導体層を二種類以上積層するものでも良い。
【００３２】
第１の電極４は、ｎ型である第１の半導体２上に設けられている。第１の電極４は、ｎ型窒化物半導体とオーミック接触が可能な電極材料であれば特に限定されない。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｖ、ＩｎＯ２−ＳｎＯ等の金属材料の１種類以上を用いることができるが、Ｔｉ、Ｗ、ＶをそれぞれベースとするＴｉ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ等の多層構造とすることが好ましい。ｎ型窒化物半導体２とオーミック接触が可能な電極材料を用いることによりＶｆを低減させることができる。特に、絶縁保護膜８上にＳｉＯ２を用いた場合は、密着性の観点から、第１の電極４は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉを用いることが好ましい。第１の電極４の膜厚は、２０００オングストローム〜０．１ｍｍのものが使用できるが、好ましくは５０００オングストローム〜１．５μｍである。
【００３３】
第２の電極５は、ｐ型である第２の半導体２上に設けられている。第２の電極５は、ｐ型窒化物半導体とオーミック接触可能な電極材料であれば特に限定されない。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｖ、ＩｎＯ２−ＳｎＯ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｇ等の１種類以上を用いることができる。また、第２の電極５は、実装形態に合わせて、膜厚を調整することで透光性、不透光性に調整することができる。本発明は、基板１の表面から発光出力を得るため、第２の電極５は、不透光性のものでよい。なお、透光性とするためには、膜厚は１０オングストローム〜５００オングストローム、好ましくは１０オングストローム〜２００オングストロームに設定される。但し、２０００オングストローム〜０．１ｍｍのものも使用できる。
【００３４】
導電体６は、第１の電極４に接続され、導電体７は、第２の電極５に接続されている。導電体６は、第１の導電体６ａと第２の導電体６ｂとから構成されていることが好ましいが、一体的に成形されているものでも良い。第１の導電体６ａは、第１の絶縁保護膜８ａ上に形成され、第１の電極４の上部より外側に延びていることが好ましい。該外側に延びた第１の導電体６ａに、電気的に接続されている第２の導電体６ｂが形成されている。第２の導電体６ｂは、実装基板１５の第１の電極１３と、電気的に接続するため、半導体素子２００の外周まで延びている。その第２の導電体６ｂに設けられた接続部６ｃを介して、実装基板１５の第１の電極１３と接続されている。導電体７も、導電体６と同様の構成を有するが、半導体素子２００の大きさ、性能等により、導電体６と異なる構成を有するものでも良い。接続部６ｃ、接続部７ｃ及び絶縁保護膜８の上面は、ほぼ同一平面になるように切削又は成型することが好ましい。これにより、実装基板１５へ実装する際の接地安定性の向上を図り、信頼性の高い発光装置を得ることができるからである。
導電体６は、第１の電極４及び絶縁保護膜８との接着力が強いこと、ハンダ又は導電性接着剤との接着力が長期間にわたり維持できること、抵抗値が低いこと、及び本半導体素子が動作中に導電体６がイオンマイグレーション現象によって絶縁保護膜８の欠陥を貫通して異なる導電型の半導体に短絡することが少ないこと、などが要求される。これらを満足させるために、導電体６は、一又は二以上の複数の金属膜で構成される。導電体７も、導電体６と同様である。
導電体６の材料は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等を主成分とする金属材料を用いることができるが、Ａｕ、Ｐｔを用いると各電極との密着性及び導電性に優れた導電体を得ることができる。ボンディング装置にて前記金属材料を第１の電極４上に圧着形成させる。第１の導電体６ａは、溶融状態にし第１の絶縁保護膜８ａ上に圧着形成される。また圧着状態を調整することで導電体６の側面の形状を消耗の形状に調整することができる。圧着形成の他、スパッタ蒸着などの固着手段も使用できる。導電体６の側面はテーパー形状であることが好ましく、透光性モールド部材中の蛍光物質１６及び発光素子から発光される光を前記側面にて良好に反射散乱させることで光の取り出し効率を向上させることができる。導電体７も、導電体６と同様である。
【００３５】
導電体６、特に第２の導電体６ｂは、メッキ手段を用いて、第１の電極４と電気的に接続していることが好ましい。メッキ材料としては、上記の金属材料を使用することができるが、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔなどの一般的電気メッキ材料から無電解メッキ材料等を使用することができる。メッキ手段は、電気メッキ手段、無電解メッキ手段を使用することができる。特に、無電解Ｎｉメッキは、絶縁性基板１を用いた半導体素子２００において、電気接点が不要になること、メッキの均一性、析出速度、ハンダ濡れ性、強度、耐食性などの観点から、好ましい。第２の導電体６ｂの高さは、所望により適宜変更することができるが、５〜２００μｍであること、特に２０〜１００μｍの範囲のものが好ましい。また、第２の導電体６ｂを無電解Ｎｉメッキ上に無電解Ａｕメッキを設けた２層構成にすることもできる。例えば、無電解Ｎｉメッキを５〜１００μｍの高さで形成し、前記無電解Ｎｉメッキ上に無電解Ａｕメッキを５０００オングストローム以下の高さで形成すると、ボンディング性が良好となり好ましい。これにより、第２の導電体６ｂの側面をテーパー形状とし、無電解Ｎｉメッキ手段により、第２の導電体６ｂを形成し、基板１に対して第２の導電体７ｂとほぼ同一平面になるように高さ調節を行う。第２の導電体６ａの上部である接続部６ｃは、実装基板１５の第１の電極１３と電気的に接続するため、所望の面積を有することが好ましい。従って、テーパー形状にする際に、接続部６ｃの面積が、第２の導電体６ｂと第１の導電体６ａとの接続箇所の面積よりも広くなるように、傾斜を設けることが好ましい。導電体７も、導電体６と同様である。導電体７ｂは、第２の電極５の上部に設けられた第１の導電体７ａよりも、上方に接続部７ｃを有するように、第２の導電体７ｂを形成する。
【００３６】
絶縁保護膜８は、主に正負の電極間の短絡を防止するため、機械的、熱的ストレス、湿度などの外的要因から保護するために、第１の半導体２、第２の半導体３、第１の電極４及び第２の電極５等を覆うように設けることが好ましい。絶縁保護膜８は、封止材としての役割も有する。第１の絶縁保護膜は、導電体６及び導電体７と接続する部分を開口部として除いた部分の第１の電極４及び第２の電極５上を覆うように設ける。絶縁保護膜８は、第１の絶縁保護膜８ａと第２の絶縁保護膜８ｂとから構成され、密着性の向上を図るため同一の材料を用いても良いが、機能面から異なる材料を用いても良い。第２の絶縁保護膜８ｂは、各電極の上面又は側面等にかかるように形成すると、各電極が接している下地層とはがれるのを抑制することができ好ましい。絶縁保護膜の材料としては、主波長において透過率が良好で、かつ第１の電極４及び第２の電極５との接着性が良好であれば特に限定されない。また、短波長領域の光をカットする材料を用いると好ましい。例えば、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス等のガラス組成物、Ｓｉ２Ｎ４、またはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２及びＴａ２Ｏ５等の酸化物が好ましく形成される。また、絶縁保護膜８の膜厚は特に限定されるものではないが、主波長における透過率が９０％以上に調整されることが好ましい。特に、第２の絶縁保護膜８ｂは、フリップチップ型の構造を使用しているため、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌなどの光反射性の高い材料を用いた層構造を採ることが好ましい。絶縁保護膜８を形成するには、所定のマスクを形成後、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、トランスファー成型法、注形法、浸積法、滴下法等の方法を用いて形成することができる。
【００３７】
第２の絶縁保護膜８ｂは、封止材としての役割も有する。半導体素子２００で発生した熱は、第１の半導体２、第２の半導体３及び蛍光物質１６などに伝達され、熱応力が生じ、半導体素子２００の信頼性の低下を招く。半導体素子２００で発生した熱は、半導体素子２００と実装基板１５との接地面において、半導体素子２００から発生した熱は、導電体６及び導電体７と第１の電極１３及び第２の電極１４とを熱伝達して外部に熱放出されるが、不十分である。そのため、絶縁保護膜８、特に、第２の絶縁保護膜８ｂは、フィラー材等の充填封止材を含有することにより、半導体素子２００内で発生した熱を外部へ熱放出することができる。絶縁保護膜８、特に第２の絶縁保護膜８ｂは、ＡｌＮのような無機材料とポリシラザンとを少なくとも含有する材料を使用することが好ましい。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の白色粉末は、熱伝導率が高く、光反射性も高く、光吸収により劣化されにくいため、放熱性と発光装置の発光強度を向上させることができる。ＡｌＮのような無機材料とポリシラザンとを含有する材料は、発光出力が良好で、劣化しにくく、放熱性が良好だからである。ただし、フィラー材は、無機材料とポリシラザンとを含有する材料に限定されず、ＳｉＣ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２などを単独又は２以上含有する材料を用いることもできる。また、ポリシラザンの他、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの高分子材料などが使用できる。
蛍光物質１６は、Ｃｅで付活されたＹＡＧ系蛍光体（Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍから選ばれた少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体）等を用いることができる。ＹＡＧ系蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で沈降させる。これを焼成して得られる共沈酸化物と酸化アルミニウムを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で１７０分焼成して焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通してＹＡＧ系蛍光体を形成させることができる。この他の具体的蛍光体として、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ2Ｏ3-ＳｉＯ2蛍光体が挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００３８】
＜製造方法＞
本発明に係るフリップチップ型半導体素子２００の製造方法を、図２を用いて詳細に説明する。但し、本発明に係るフリップチップ型半導体素子の製造方法は、以下の製造方法に限定されない。
【００３９】
まず、基板１に第１の半導体２を形成する。基板１を用いないフリップチップ型半導体素子２００も本発明の製造方法で製造可能であるため省略する。
第１の半導体２に第２の半導体３を形成する（Ｐ１）。基板１に第１の半導体２を形成する方法、及び、第１の半導体２に第２の半導体３を形成する方法は、公知の半導体の積層方法等により積層、形成することができるが、この方法に限定されない。公知の半導体の積層方法としては、基板１上に第１の半導体（ｎ型半導体）２を結晶成長させる方法が、一般に使用されている。結晶成長させる方法には、融液成長、気相成長、溶液成長、固相成長などがある。第１の半導体２及び第２の半導体３に、２以上の異なる半導体層を設けることができる。また、第１の半導体２と第２の半導体３との間には、活性層を設けることもできる。第１の半導体２は、その端部をエッチング等により除去し、基板１より狭い面積としているが、この場合でも、端部からの光取り出し効率が変化しないため、消費電力の低減を図ることができる。エッチング手段としては、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、イオンミリング等のドライエッチング手段を用いることが好ましい。
【００４０】
第１の半導体２に第１の電極４を設ける。第２の半導体３に第２の電極５を設ける（Ｐ２）。半導体と電極との剥離を抑えるように、半導体と電極とを設ける。第１の電極２は、第２の半導体３の一部分をエッチングにより除去し、第１の半導体２を露出させる。この露出された第１の半導体２に、第１の電極３を設ける。半導体に電極を設ける代替手段として、基板１と第１の半導体２との間、又は、第１の半導体２と第２の半導体３との間に導電性の層を設ける場合や、素子の周りに金属を施して、基板と半導体層の導電をとる場合もある。
【００４１】
第１の電極４、第２の電極５、第１の半導体２及び第２の半導体３に第１の絶縁保護膜８ａを設ける（Ｐ３）。絶縁保護膜８を形成する方法は、熱酸化、ＣＶＤ、スピン塗布方式、スパッタなどが用いられる。第１の電極４及び第２の電極５の上面の一部は、第１の絶縁保護膜８ａが形成されないように、覆いを施して絶縁保護膜を形成させる。その後、覆いを取り外すと、第１の電極４及び第２の電極５上が開口部となる第１の絶縁保護膜８ａが形成される。これにより、第１の電極４及び第２の電極５の一部分は、第１の絶縁保護膜８ａで覆われておらず、露出されている。また、第１の電極４及び第２の電極５を第１の絶縁保護膜８ａで覆った後、研磨、切削等により、第１の電極４及び第２の電極５の一部分を露出させることもできる。第１の絶縁保護膜８ａは、基板１の裏面の一部を覆うまで、形成されていることが好ましい。これは、第１の半導体２及び第２の半導体３が、基板１から剥離するのを防止するためである。
【００４２】
第１の電極４及び第２の電極５に第１の導電体６ａを設ける（Ｐ４）。Ｐ３の製造工程において製造される第１の絶縁保護膜８ａで覆われていない第１の電極４及び第２の電極５の部分に、第１の導電体６ａ、７ａを電気的に接続するように設ける。第１の導電体６ａ、７ａは、圧着形成方法、スパッタ蒸着等の固着手段により、電極と導電体とが容易に剥離しないように設ける。圧着形成方法により第１の電極４及び第２の電極５に第１の導電体６ａ、７ａを接続し、その第１の導電体６ａ、７ａの他の一部分を第１の絶縁保護膜８ａ上まで延伸させる。
【００４３】
第１の導電体６ａ、７ａに第２の導電体６ｂ、７ｂを設ける（Ｐ５）。第２の導電体６ｂ、７ｂの形成位置は、実装基板１５の電極１３、１４に対向する位置に設けることが好ましい。これにより、実装基板１５の電極１３、１４の位置変更に応じて、第２の導電体６ｂ、７ｂの形成位置を変更すればよく、従来のように、電極の位置を変更する必要がなく、製造費の低廉を図ることができる。Ｐ５の製造工程において、第１の導電体６ａ，７ａの一部分に、メッキ手段を用いて電気的に接続される第２の導電体６ｂ、７ｂを設ける。メッキ手段は、上述のように、無電解メッキ手段が好ましい。メッキ手段を用いて導電体を形成するとき、第２の導電体６ｂ、７ｂの側面はテーパー形状であることが好ましいため、テーパー形状となるように側壁を設け、メッキ手段により第２の導電体６ｂ、７ｂを設ける。
【００４４】
第１の電極４及び第２の電極５のそれぞれの上面を覆うように第２の絶縁保護膜８ｂを設ける（Ｐ６）。また、第２の導電体６ｂ、７ｂの外周を覆うように、第２の絶縁保護膜８ｂを設ける。第２の導電体６ｂ、７ｂの接続部６ｃ、７ｃの上面と第２の絶縁保護膜８ｂの上面とが、ほぼ同一平面になるように、第２の絶縁保護膜８ｂを成形することが好ましい。又は、第２の導電体６ｂ、７ｂの上面及び第２の絶縁保護膜８ｂの上面を、研磨などの切削手段を用いて切削し、第２の導電体６ｂ、７ｂの接続部６ｃ、７ｃの上面及び第２の絶縁保護膜８ｂの上面を、ほぼ同一平面にすることが好ましい。切削手段は、スラリーを用いた研磨や固定砥粒による研磨、ＣＭＰ等を用いることができる。切削後、最終的に仕上げるには、ポリッシングクロスを用いて行うＣＭＰが表面粗さを低くすることができるため好ましい。切削手段を用いて切削したあと、該接続部６ｃ、７ｃの上面は、Ａｕメッキを施すことが好ましい。導電性接着剤にハンダを用いた場合、ハンダの濡れ性や酸化による劣化から、第２の導電体を保護するためである。
【００４５】
以上の工程により、フリップチップ型半導体素子２００を製造することができる。
【００４６】
更に、上述の工程により製造されたフリップチップ型半導体発光素子２００を実装基板１５に実装し、該フリップチップ型半導体発光素子２００をフリップチップ型半導体発光素子２００からの光の一部を吸収してそれよりも長波長の光が発光可能な蛍光物質１６で覆う。これにより、異なる波長の光を取り出すことが可能である。
【００４７】
以下、本発明の特徴を明確にするため、比較例を用いて、説明する。
【００４８】
【比較例１】
図６は、従来の半導体発光素子３００の断面図を示す。
【００４９】
半導体発光素子３００は、基板１０１、ｎ型半導体層１０２、ｐ型半導体層１０３の順に積層されている。前記ｐ型半導体層１０３の「上面に」ｐ型電極１０５が設けられ、前記ｎ型半導体層１０２の「上面に」ｎ型電極１０４が設けられている。この半導体発光素子３００を製造後、表裏を逆にして、基板１０１を上側に、ｐ型電極１０５及びｎ型電極１０４を下側にし、実装基板１１５に実装させている。前記ｐ型電極１０５の真下に、実装基板１１５に設けられた正の電極１１４が配置され、導電性接着剤１１２を用いて実装基板１１５にボンディングしている。また、前記ｎ型電極１０４の真下に、実装基板１１５に設けられた負の電極１１３が配置され、導電性接着剤１１１を用いて実装基板１１５にボンディングしている。半導体発光素子３００を実装基板１１５に実装するとき、ハンダ等の前記導電性接着剤１１２、前記導電性接着剤１１１がはみ出して、電極間を短絡させるという問題があった。前記導電性接着剤１１２と前記導電性接着剤１１１との間の距離Ｄ３は、前記ｐ型電極１０５及び前記ｎ型電極１０４の配置に直接関連するため、半導体発光素子３００を小型化していく上で、極めて重大な問題となっている。
【００５０】
また、基板１０１の上面と実装基板１１５との高さＨ３は、ハンダ等の導電性接着剤１１１及び１１２により調節を行っていた。そのため、半導体発光素子３１０の高さＨ３の高さ調節や、基板１０１上面を同一平面とするような傾斜調節が必要となり、製造効率の点で好ましくなかった。
【００５１】
【比較例２】
図７は、引例１に記載されている半導体発光素子３１０の断面図を示す。但し、比較例１とほぼ同一条件の箇所の説明は省略する。
【００５２】
半導体発光素子３１０は、ｐ型電極１０５の「上面に」導電体１０７ａが設けられており、ｎ型電極１０４の「上面に」導電体１０８ａが設けられている。半導体発光素子３１０の表裏を逆にして実装基板１１５に実装する。前記導電体１０７ａ及び１０８ａと、正の電極１１４及び負の電極１１３との間から外側にかけて、導電性接着剤１１２及び１１１によりボンディングされている。この場合も、比較例１と同様に、半導体発光素子３１０を実装基板１１５に実装するとき、ハンダ等の前記導電性接着剤１１２、前記導電性接着剤１１１がはみ出して、電極間を短絡させるという問題があった。前記導電性接着剤１１２と前記導電性接着剤１１１との間の距離Ｄ４は、前記ｐ型電極１０５及び前記ｎ型電極１０４の位置に直接関連するため、半導体発光素子３１０を小型化していく上で、極めて重大な問題となっている。比較例１より、短絡を防止する点では、優れているが、半導体発光素子３１０の電極間の距離が短い場合は、依然として、短絡を防止することが困難であった。
【００５３】
また、ｐ型電極１０５と  ｎ型電極１０４の高さが異なるときは、平面である実装基板１１５に実装する際、基板１０１に傾斜が生じる。半導体発光素子３２０の高さＨ４の高さ調節や、基板１０１上面を同一平面とするような傾斜調節が必要となり、製造効率の点で好ましくなかった。
【００５４】
【比較例３】
図８は、引例２の出願明細書に記載されている半導体発光素子３２０の断面図を示す。但し、比較例１及び比較例２とほぼ同一条件の箇所の説明は省略する。
【００５５】
半導体発光素子３２０は、ｐ型電極１０５の「上面に」導電体１０７ｂが設けられており、ｎ型電極１０４の「上面に」導電体１０８ｂが設けられている。半導体発光素子３２０の表裏を逆にして実装基板１１５に実装する。前記導電体１０７ｂ及び１０８ｂと、正の電極１１４及び負の電極１１３との間は、導電性接着剤１１２及び１１１によりボンディングされている。この場合も、比較例１及び２と同様に、半導体発光素子３２０を実装基板１１５に実装するとき、ハンダ等の前記導電性接着剤１１２、前記導電性接着剤１１１がはみ出して、電極間を短絡させるという問題があった。前記導電性接着剤１１２と前記導電性接着剤１１１との間の距離Ｄ５は、前記ｐ型電極１０５及び前記ｎ型電極１０４の位置に直接関連するため、半導体発光素子３２０を小型化していく上で、極めて重大な問題となっている。比較例１より、短絡を防止する点では、優れているが、半導体発光素子３２０の電極間の距離が短い場合は、依然として、短絡を防止することが困難であった。
【００５６】
【実施例１】
以下、本発明の実施例を、図１を用いて説明する。但し、本発明は、この実施例１に限定されるものではない。
【００５７】
図１（ａ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体素子２００のＡ−Ａ断面図を示す。図１（ｂ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体発光素子を上方から見た概略図を示す。
【００５８】
絶縁性のサファイア基板１に、有機金属気相成長方法（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型半導体層２を積層する。サファイア基板１は、厚さ約５０〜８０μｍのものを使用する。サファイア基板１を切り出した最終製造物は、縦０．６〜０．８ｍｍと横０．８〜１．０ｍｍの矩形のチップである。以下の説明は１個のフリップチップ型半導体発光素子について行う。ｎ型半導体層２には、ＧａＮ半導体層等を用いる。サファイア基板１に、窒化物半導体層との格子定数の不整合を緩和させる低温堆積緩衝層（図示しない）を積層する。
ｎ型半導体層２を積層後、活性層（発光層）（図示しない）を設け、活性層の上面にｐ型半導体層３を積層する。ｐ型半導体層３には、ＧａＮ半導体層を用いる。但し、ｎ型半導体層２又はｐ型半導体層３は、１の組成のみでなく２以上の組成から構成されていてもよく、また２以上の層から形成されていてもよい。ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層３の半導体層の膜厚は、約５〜４５μｍである。好ましくは１０〜２０μｍである。
ｐ型半導体層３を積層後、エッチングを行い、ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層３を一辺約０．５〜０．７８ｍｍの正方形にする。さらに、エッチングを行い、ｎ型半導体層２をｐ型半導体層上に露出させる。ｎ型電極４をｎ型半導体層２に形成するために、ｐ型半導体層３を縦約０．３〜０．７５ｍｍ、横約０．１〜０．３ｍｍにエッチングする。
露出されたｎ型半導体層２の上面にｎ型電極４を形成させる。またｐ型半導体層３の上面にｐ型電極５を形成させる。ｎ型電極４及びｐ型電極５は、Ｎｉを含有する金属を用い、蒸着形成する。ｎ型電極４は、縦約０．３〜０．７５ｍｍ、横約０．１〜０．３ｍｍである。ｐ型電極５は、縦約０．２〜０．５ｍｍ、横約０．３〜０．７５ｍｍである。
サファイア基板１上のｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３、ｎ型電極４、ｐ型電極５を、ＡｌＮとポリシラザンとからなる第１の絶縁保護膜８ａで覆う。第１の絶縁保護膜８ａの端部は、サファイア基板１上に形成されている。絶縁保護膜８ａの膜厚は、０．５〜５μｍ程度が好ましい。絶縁保護膜８ａは、サファイア基板１に対して長手方向の矩形のそれぞれ一辺から内側に０．０１〜０．２ｍｍのところまで、設けていることが好ましい。
ｎ型電極４及びｐ型電極５の上面を覆う第１の絶縁保護膜８ａをエッチングにより除去し、両電極の上面を露出させる。該エッチングにより除去する部分波、ｎ型電極４及びｐ型電極５の上面が好ましく、ｎ型電極４の上面を縦約０．２８〜０．７４ｍｍ、横約０．０５〜０．２５ｍｍエッチングを行い、ｐ型電極５の上面を縦約０．２８〜０．７４ｍｍ、横約０．１〜０．４５ｍｍエッチングを行う。該露出されたｎ型電極４の上面に第１の導電体６ａをスパッタ蒸着により形成させる。第１の導電体６ａは、Ｎｉを含有する金属を用いる。該第１の導電体６ａは、前記第１の絶縁保護膜８ａ上から外周方向に延びている。また、該露出されたｐ型電極５の上面に第１の導電体７ａをスパッタ蒸着により形成させる。第１の導電体７ａも、Ｎｉを含有する金属を用いる。該第１の導電体７ａは、前記第１の絶縁保護膜８ａ上から外周方向に延びている。
第１の導電体６ａの上部にテーパー形状を形成するように、壁を形成する。テーパー形状は、第１の導電体６ａと第２の導電体６ｂとの接続面積が、接続部６ｃの上面の面積よりも、狭いように形成する。その後、Ｎｉを含有するメッキを無電解メッキ手段により、第２の導電体６ｂを形成する。第１の導電体６ａと第２の導電体６ｂとは、同種類の材料を使用することにより、密着性、導電性等の点で好ましい。第２の導電体６ｂは、前記壁により、テーパー形状を形成する。同様に、第１の導電体７ａの上部にテーパー形状を形成するように、壁を形成する。テーパー形状は、第１の導電体７ａと第２の導電体７ｂとの接続面積が、接続部７ｃの上面の面積よりも、狭いように形成する。その後、Ｎｉを含有するメッキを無電解メッキ手段により、第２の導電体７ｂを形成する。第２の導電体７ｂは、前記壁により、テーパー形状を形成する。第２の導電体６ｂ及び７ｂは、第１の導電体６ａ及び７ａより高ければよい。実施例１では、サファイア基板１の上面から第２の導電体６ｂ及び７ｂの上面までの高さは、７〜８０μｍになるように形成する。
第２の導電体６ｂ及び７ｂを形成後、第１の導電体６ａ、第２の導電体６ｂ、第１の導電体７ａ、第２の導電体７ｂ及び第１の絶縁保護膜８ａを覆うように、第２の絶縁保護膜８ｂを設ける。第２の絶縁保護膜８ｂは、第１の導電体７ａを覆うように、形成されていればよい。第１の導電体６ａの上面に膜厚０．１μｍ以上の絶縁保護膜８ａを形成していることが好ましい。本実施例１では、サファイア基板１上から７〜１００μｍの高さまで、第２の絶縁保護膜８ｂで覆う。第２の絶縁保護膜８ｂを設けた後、前記接続部６ｃ及び前記接続部７ｃが露出し、その露出表面と前記第２の絶縁保護膜８ｂの上面とが、ほぼ同一平面となるように、切削する。切削によりサファイア基板１の上面から第２の絶縁保護膜８ｂの上面までの高さを、７〜８０μｍに調節する。切削後、ウエハーを切り出し、チップ化する。
このようにして形成されたフリップチップ型半導体発光素子２００は、表裏を逆にして、負の電極１３と第２の導電体６ｂ、正の電極１４と第２の導電体７ｂとの位置合わせを行い、実装基板１５に実装する。負の電極１３と第２の導電体６ｂ、正の電極１４と第２の導電体７ｂ、との電気的接続には、導電性接着剤１２及び１３を用いる。表裏を逆にしたサファイア基板１の上面、つまり、半導体層が形成されていない面、に蛍光物質１６を設ける。蛍光物質１６は、Ｃｅで付活されたＹＡＧ系蛍光物質を使用する。
以上により、フリップチップ型半導体発光素子２００及び発光装置を製造することができる。該フリップチップ型半導体発光素子２００は、ｎ型電極（第１の電極）４の上部９、及び、ｐ型電極（第２の電極）５の上部１０には、導電体が形成されていないため、比較例１乃至３の構成と明らかに異なる。この比較例１乃至３との差は、電極の位置に関わらず、実装基板１５の電極に対向する位置に、導電体を形成することができる。これにより実装基板１５のパターンを種々のものに変更することができる。また、電極間Ｄ１が狭い場合でも、導電体間ｄ２が広いため、導電性接着剤１１と１２とが接することがなく、短絡を極めて効果的に防止することができる。
【００５９】
【実施例２】
図３は、実施例２のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。実施例１とほぼ同一部分については、同符号のものを使い、説明を省略する。
【００６０】
スピネル材質の基板１に、ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３を積層する。ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層３の端部をエッチングし、さらに、ｎ型半導体層２の一部分が露出するようにｐ型半導体層３をエッチングする。ｎ型半導体層２にｎ型電極４を形成し、ｐ型半導体層３にｐ型電極５を形成する。上記製造方法は、実施例１とほぼ同様である。
【００６１】
ｎ型電極４の上面の一部からｎ型電極４の外側の側面及びｎ型半導体層２のｎ型電極４側の側面を少なくとも覆うように、第１の絶縁保護膜８ａを形成する。第１の絶縁保護膜８ａは、外側方向に延伸されており、第１の絶縁保護膜８ａと半導体層との密着性を良好にするため、スピネル基板１の上面まで延伸する。絶縁保護膜８ａの膜厚は、２〜５μｍとする。第１の絶縁保護膜８ａは、ＡｌＮとポリシラザンとを含有する樹脂を用いる。
【００６２】
ｎ型電極４の上面に第１の導電体６ａを圧着形成し、第１の導電体６ａの上面に２〜５μｍの厚さで、外側方向に延伸する。第１の導電体６ａは、Ｐｔを含有する金属を用いる。
【００６３】
ｎ型電極４よりも外側に設けられた第１の導電体６ａの上面に、無電解メッキ手段を用いてテーパー形状の第２の導電体６ｂを形成する。第２の導電体６ｂも、Ｐｔを含有する金属を用いる。スピネル基板１からの第２の導電体６ｂの上面の高さと、スピネル基板１からのｐ型電極５の上面の高さは、ほぼ同一の高さ８０〜１３０μｍとなるように形成することが好ましい。
【００６４】
第２の絶縁保護膜８ｂは、第２の導電体６ｂの上面及びｐ型電極５の上面を除いて、スピネル基板１、ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３、ｎ型電極４及び第１の絶縁保護膜８ａを覆うように形成する。第２の絶縁保護膜８ｂの上面は、ｐ型電極５の上面及び第２の導電体６ｂの上面と、ほぼ同一平面となるように、成形する。
【００６５】
上記製造工程により、フリップチップ型半導体発光素子２１０を製造した。該フリップチップ型半導体発光素子２１０は、実施例１と同様に、表裏を逆にして、スピネル基板１の表面（半導体層が積層されていない面）にＹＡＧ系蛍光物質１６を塗布し、第１の電極１３、第２の電極１４と位置合わせを行い、実装基板１５に実装する。これにより発光素子を製造することができる。
【００６６】
【実施例３】
図４は、実施例３のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。実施例１とほぼ同一部分については、同符号のものを使い、説明を省略する。
【００６７】
サファイア基板１に、ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３を積層する。ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層３の端部をエッチングし、さらに、ｎ型半導体層２の一部分が露出するようにｐ型半導体層３をエッチングする。ｎ型半導体層２にｎ型電極４を形成し、ｐ型半導体層３にｐ型電極５を形成する。サファイア基板１上のｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３、ｎ型電極４、ｐ型電極５を、第１の絶縁保護膜８ａで覆う。第１の絶縁保護膜８ａは、スパッタ蒸着により形成され、ＴｉＯ２を少なくとも含有する。ｎ型電極４及びｐ型電極５の上面を覆う第１の絶縁保護膜８ａをエッチングにより除去し、両電極の上面を露出させる。上記製造方法は、実施例１とほぼ同様である。
【００６８】
上記製造工程後、ｎ型電極４に導電体６を圧着形成させ、ｐ型電極５に導電体７を圧着形成させる。導電体６の一部は、ｎ型電極４に接続されており、導電体６の他の一部は、実装基板１５の電極１３と接続するように、ｎ型電極の上部９とは異なる位置に、導電体６の上面が形成されている。ｎ型電極４の上面から、外側方向、外側方向から上方になるないす形の側壁を設ける。ｎ型電極４の大きさが縦０．６〜０．７μｍ、横０．２〜０．３μｍの時、ｎ型電極４に接続する導電体６の部分は、ｎ型電極４よりやや小さく縦０．５５〜０．６５、横０．１８〜０．２８の大きさになるようにし、無電解Ｎｉメッキを用いて接続する。同様に、導電体７は一体的であり、導電体７の一部は、ｐ型電極５に接続されており、導電体７の他の一部は、実装基板１５の電極１４と接続するように、ｐ型電極の上部１０とは異なる位置に、導電体７の上面が形成されている。ｐ型電極５の上面から、外側方向、外側方向から上方になるないす形の側壁を設ける。ｐ型電極５の大きさが縦０．６〜０．７μｍ、横０．２〜０．３μｍの時、ｐ型電極５に接続する導電体７の部分は、ｐ型電極５よりやや小さく縦０．５５〜０．６５、横０．１８〜０．２８の大きさになるようにし、無電解Ｎｉメッキを用いて接続する。
【００６９】
前記導電体６、導電体７及び第１の絶縁保護膜８ａの上面をＡｌＮとポリシラザンとを含有する第２の絶縁保護膜８ｂで覆うように形成する。その後、第２の絶縁保護膜８ｂを研磨して導電体６及び導電体７の上面を露出させる。また、第２の絶縁保護膜８ｂの上面と導電体６の上面及び導電体７の上面をほぼ同一平面になるように露出させる。サファイア基板１の上面から第２の絶縁保護膜８ｂの上面の高さは、約１００〜１５０μｍである。
【００７０】
上記製造工程により、フリップチップ型半導体発光素子２２０を製造した。該フリップチップ型半導体発光素子２１０も、実施例１及び実施例２と同様に、表裏を逆にして実装基板１５に実装する。これにより発光素子を製造することができる。
【００７１】
【実施例４】
図５は、実施例４のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。実施例１とほぼ同一部分については、同符号のものを使い、説明を省略する。
【００７２】
ｎ型半導体層２上にｐ型半導体層３を積層する。ｐ型半導体層３の端部、及びｎ型半導体層２の上面端部の一部分をエッチングにより除去しｎ型半導体層２が露出するようにｐ型半導体層３をエッチングする。ｎ型半導体層２にｎ型電極４を形成する。ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層３、ｎ型電極４、ｐ型電極５を、ＴｉＯ２とポリシラザンとを含有する第１の絶縁保護膜８ａで覆う。ｎ型電極４及びｐ型電極５の上面を覆う第１の絶縁保護膜８ａをエッチングにより除去し、両電極の上面を露出させる。ｎ型電極４の外側の部分を覆う第１の絶縁保護膜８ａは、ほぼｎ型電極４の上面と同じ高さになるように形成する。上記製造方法は、実施例１とほぼ同様である。
【００７３】
上記製造工程後、ｎ型電極４に導電体６を圧着形成させ、ｐ型電極５に導電体７を圧着形成させる。導電体６の一部は、ｎ型電極４に接続されており、導電体６の他の一部は、実装基板１５の電極１３と接続するように、ｎ型電極の上部９とは異なる位置に、導電体６の上面が形成されている。導電体６は、第１の絶縁保護膜８ａの上面に設けられ、ｎ型電極の発光面とほぼ平行に、外側方向に延伸する。該導電体６の接続面は、フリップチップ型半導体発光素子２３０の側面になるように設ける。導電体７の一部は、ｐ型電極５に接続されており、導電体７の他の一部は、実装基板１５の電極１４と接続する。ｐ型電極５の上面に導電体７を設ける。
【００７４】
前記導電体６、導電体７及び第１の絶縁保護膜８ａの上面を第２の絶縁保護膜８ｂで覆うように形成する。その後、第２の絶縁保護膜８ｂを研磨して導電体７の上面を露出させる。また、第２の絶縁保護膜８ｂの上面と導電体７の上面をほぼ同一平面になるように露出させる。ｎ型電極４の発光面から第２の絶縁保護膜８ｂの上面の高さは、約３０〜１００μｍである。
【００７５】
ｎ型半導体２のウエハーを切り出してチップ化する。チップ化した後、導電体６の接続面を露出するように、フリップチップ型半導体発光素子２３０の側面を研磨することが好ましい。
【００７６】
上記製造工程により、フリップチップ型半導体発光素子２３０を製造した。該フリップチップ型半導体発光素子２３０も、実施例１乃至実施例３と同様に、表裏を逆にして実装基板１５に実装する。これにより発光素子を製造することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のことから、本発明は、電極間の短絡を極めて効果的に防止することができる発光素子及びその製造方法を提供する。また、発光素子の高さ調節が、極めて簡単に行える発光素子を提供する。また、実装基板の変更に適宜対処し得る発光素子を提供する。さらに、発光素子を実装基板へ実装する際の、接地安定性の向上、発光性能の向上を図る。以上の如く、本発明は、極めて重要な技術的意義を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体素子のＡ−Ａ断面図を示す。（ｂ）は、本発明に係るフリップチップ型半導体発光素子を上方から見た概略図を示す。
【図２】  本発明に係るフリップチップ型半導体素子の製造方法を示す。
【図３】  実施例２のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。
【図４】  実施例３のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。
【図５】  実施例４のフリップチップ型半導体素子の断面図を示す。
【図６】  従来の半導体発光素子の断面図を示す。
【図７】  引例１に記載されている半導体発光素子の断面図を示す。
【図８】  引例２の出願明細書に記載されている半導体発光素子の断面図を示す。
【符号の説明】
１    基板
２    第１の半導体（ｎ型半導体層）
３    第２の半導体（ｐ型半導体層）
４    第１の電極（ｎ型電極）
５    第２の電極（ｐ型電極）
６    導電体
６ａ  第１の導電体
６ｂ  第２の導電体
７    導電体
７ａ  第１の導電体
７ｂ  第２の導電体
８    絶縁保護膜
８ａ  第１の絶縁保護膜
８ｂ  第２の絶縁保護膜
９    第１の絶縁保護膜の上部
１０  第２の絶縁保護膜の上部
１１、１２  導電性接着剤
１３  負の電極
１４  正の電極
１５  実装基板
１６  蛍光物質
１０１    基板
１０２    第１の半導体（ｎ型半導体層）
１０３    第２の半導体（ｐ型半導体層）
１０４    第１の電極（ｎ型電極）
１０５    第２の電極（ｐ型電極）
１０６    導電体
１０６ａ  第１の導電体
１０６ｂ  第２の導電体
１０７    導電体
１０７ａ  第１の導電体
１０７ｂ  第２の導電体
１０８    絶縁保護膜
１０８ａ  第１の絶縁保護膜
１０８ｂ  第２の絶縁保護膜
１０９    第１の絶縁保護膜の上部
１１０    第２の絶縁保護膜の上部
１１１、１１２    導電性接着剤
１１３    負の電極
１１４    正の電極
１１５    実装基板
２００、２１０、２２０、２３０    フリップチップ型半導体発光素子（半導体素子）
３００、３１０、３２０    半導体発光素子
Ｄ１、Ｄ３    電極間の距離
Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５    導電体間の距離
Ｈ１、Ｈ２    フリップチップ型半導体素子の基板から実装基板までの高さ
Ｈ３、Ｈ４    半導体発光素子の基板から実装基板までの高さ
【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】
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【図８】
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