(57)【要約】【課題】半導体発光装置自体の光量を向上させることができる半導体発光装置を提供する。【解決手段】半導体発光装置１Ａにおいて、第１主面Ｍ１及び第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を有する基材２と、第１主面Ｍ１上に設けられた第１発光層３と、第２主面Ｍ２上に設けられた第２発光層４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する基材と、
前記第１主面上に設けられた第１発光層と、
前記第２主面上に設けられた第２発光層と、
を備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１主面に対する前記第１発光層の設置領域及び前記第２主面に対する前記第２発光層の設置領域のどちらか一方は他方に比べ小さい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】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を有する基材に対し、前記第１主面上に第１発光層を設け、前記第２主面上に第２発光層を設けることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１主面に対する前記第１発光層の設置領域及び前記第２主面に対する前記第２発光層の設置領域のどちらか一方を他方に比べ小さくして前記第１発光層及び前記第２発光層を設けることを特徴とする請求項３記載の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、半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置は、表示用途、液晶バックライト用途及び照明用途など広い分野で用いられている。この応用分野は今後も拡大する見込みであり、そのためにもさらに光量（輝度）を向上させる必要がある。
【０００３】
例えば、ＬＥＤを照明用光源として用いる場合には、光量を向上させるため、多数のＬＥＤが基板上に設けられたＬＥＤパッケージが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このＬＥＤパッケージでは、ＬＥＤが基板の両面に設けられており、基板の両面から光を放射する。
【特許文献１】特開平６−２９６０４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１０５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述のようなＬＥＤパッケージでは、ＬＥＤ自体の光量を増加させずにＬＥＤ数で光量を向上させるため、搭載するＬＥＤ数の増大に伴って構造及び製造プロセスが複雑になり、コストがアップしてしまう。したがって、ＬＥＤ等の半導体発光装置自体の光量（輝度）を向上させる必要がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光装置自体の光量を向上させることができる半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、半導体発光装置において、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する基材と、第１主面上に設けられた第１発光層と、第２主面上に設けられた第２発光層とを備えることである。
【０００７】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、半導体発光装置の製造方法において、第１主面及び第１主面に対向する第２主面を有する基材に対し、第１主面上に第１発光層を設け、第２主面上に第２発光層を設けることである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体発光装置自体の光量を向上させることができる半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図７を参照して説明する。
【００１０】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置１Ａは、第１主面Ｍ１及びその第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を有する基材２と、第１主面Ｍ１上に設けられ光を放射する第１発光層３と、第２主面Ｍ２上に設けられ光を放射する第２発光層４と、第１発光層３及び第２発光層４上にそれぞれ設けられた複数の電極５ａ〜５ｄとを備えている。この半導体発光装置１Ａは両面発光型の半導体発光装置である。
【００１１】
基材２は透光性を有する基体である。この基材２としては、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ及びＧｅ等を用いる。例えば、基材２としてＳｉやＧｅを用いた場合には、そのＳｉやＧｅがＡｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ及びＡｌＮに比べ安価であるため、コストを抑えることができる。なお、基材２としては、用途に合わせた適切な選択をすれば様々な基材を用いることが可能である。
【００１２】
第１発光層３は、第１主面Ｍ１上に設けられたｎ型クラッド層としてのｎ型半導体層３ａと、そのｎ型半導体層３ａ上に積層された活性層３ｂと、その活性層３ｂ上に積層されたｐ型クラッド層としてのｐ型半導体層３ｃとにより構成されている。この第１発光層３は、エピタキシャル成長により生成されたエピタキシャル発光層である。
【００１３】
第２発光層４は、第２主面Ｍ２上に設けられたｎ型クラッド層としてのｎ型半導体層４ａと、そのｎ型半導体層４ａ上に積層された活性層４ｂと、その活性層４ｂ上に積層されたｐ型クラッド層としてのｐ型半導体層４ｃとにより構成されている。この第２発光層４も、エピタキシャル成長により生成されたエピタキシャル発光層である。
【００１４】
ここで、第１発光層３及び第２発光層４としては、互いに同じ発光波長を有する発光層を用いてもよいし、あるいは、異なる発光波長を有する発光層を用いてもよい。なお、各発光層３、４としては、例えば青色の発光層や赤色の発光層等を用いることが可能である。また、白色光を放射する半導体発光装置１Ａを構成する場合には、例えば、第１発光層３として赤色の発光層を形成し、第２発光層４として青色の発光層を形成し、さらに、各発光層３、４上に黄色の蛍光体を有する蛍光体層（図示せず）をそれぞれ形成し、白色を放射するようにしてもよい。このときの半導体発光装置１Ａは赤色成分を含むことになるので、青色の発光層及び黄色の蛍光体層だけを用いた場合に比べ、演色性を向上させることができる。
【００１５】
各電極５ａ〜５ｄは、それぞれ第１発光層３及び第２発光層４に対して電圧を印加するための電極である。詳しくは、電極５ａは第１発光層３のｐ型半導体層３ｃ上に設けられており、電極５ｂは第１発光層３のｎ型半導体層３ａ上に設けられている。なお、ｎ型半導体層３ａは電極５ｂの設置用に活性層３ｂ及びｐ型半導体層３ｃよりも広く基材２の第１主面Ｍ１上に形成されている。また、電極５ｃは第２発光層４のｐ型半導体層４ｃ上に設けられており、電極５ｄは第２発光層４のｎ型半導体層４ａ上に設けられている。なお、ｎ型半導体層４ａは電極５ｄの設置用に活性層４ｂ及びｐ型半導体層４ｃよりも広く基材２の第２主面Ｍ２上に形成されている。
【００１６】
このような半導体発光装置１Ａでは、各電極５ａ〜５ｄに電圧が印加されると、第１発光層３及び第２発光層４はそれぞれ光を放射する。第１発光層３から放射された光は半導体発光装置１Ａの上方及び下方（図１中）に向かって広がり、同様に、第２発光層４から放射された光も半導体発光装置１Ａの上方及び下方（図１中）に向かって広がる。したがって、半導体発光装置１Ａの上方には、第１発光層３から放射された光の一部と、第２発光層４から放射された光の一部とが放射され、半導体発光装置１Ａの下方には、第１発光層３から放射された光の一部と、第２発光層４から放射された光の一部とが放射される。これにより、図１中の上下の両方向に放射される光の光量は、発光層が１つである場合に比べて向上することになる。
【００１７】
次に、前述の半導体発光装置１Ａの製造方法について説明する。
【００１８】
半導体発光装置１Ａの製造工程は、図２に示すように、製造用に用いる製造用基材１１ａ、１１ｂ上に発光層３、４を形成する発光層形成工程と、図３及び図４に示すように、発光層３、４が形成された各製造用基材１１ａ、１１ｂを半導体発光装置１Ａの基体となる基材２に接合する接合工程と、図５及び図６に示すように、各製造用基材１１ａ、１１ｂが接合された基材２から各発光層３、４を残して各製造用基材１１ａ、１１ｂを取り除く除去工程と、図７に示すように、基材２の各発光層３、４上に各電極５ａ〜５ｄを形成する電極形成工程とを有している。
【００１９】
発光層形成工程では、図２に示すように、製造用基材１１ａ上に例えばＧａＮ系のエピタキシャル発光層が第１発光層３として形成される。また、同様に、製造用基材１１ｂ上に例えばＧａＮ系のエピタキシャル発光層が第２発光層４として形成される。これらの発光層３、４は通常とほとんど同じエピタキシャル形成プロセスにより製造される。ここで、製造用基材１１ａ、１１ｂとしては、エピタキシャル成長に適したサファイア基板やＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板等を使用する。
【００２０】
接合工程では、図３に示すように、第１発光層３が形成された製造用基材１１ａがその第１発光層３を基材２側に向けて基材２の第１主面Ｍ１上にボンディングされ、さらに、第２発光層４が形成された製造用基材１１ｂがその第２発光層４を基材２側に向けて基材２の第２主面Ｍ２上にボンディングされる。これにより、図４に示すように、第１発光層３が形成された製造用基材１１ａ及び第２発光層４が形成された製造用基材１１ｂが基材２の両面にボンディングされる。ここで、基材２としては、サファイア基板やＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板等を使用しても良いが、エピタキシャル成長に適さない基材でもよく、より安価なＳｉ基板やＧｅ基板等を使用する。
【００２１】
除去工程では、図５に示すように、まず、各製造用基材１１ａ、１１ｂが接合された基材２から製造用基材１１ａをリフトオフ法（例えばレーザ光を用いたリフトオフ法）により剥離し、その後、図６に示すように、製造用基材１１ｂもリフトオフ法（例えばレーザ光を用いたリフトオフ法）により剥離する。
【００２２】
電極形成工程では、図７に示すように、第１発光層３上に各電極５ａ、５ｂを形成し、第２発光層４上に各電極５ｃ、５ｄを形成する。これにより、半導体発光装置１Ａが完成する。
【００２３】
このような製造方法により半導体発光装置１Ａを作製することによって、エピタキシャル形成には適さないがより安価なＳｉ基板やＧｅ基板等の基材２の両面に各発光層３、４を形成することができる。さらに、通常の発光層３、４のエピタキシャル形成プロセスをそのまま使用することが可能であるので、既存の設備で半導体発光装置１Ａを製造することができる。
【００２４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、第１主面Ｍ１とその第１主面Ｍ１に対向する第２主面Ｍ２を有する基材２に対し、第１主面Ｍ１上に第１発光層３を設け、第２主面Ｍ２上に第２発光層４を設けることによって、半導体発光装置１Ａ自体の光量（輝度）を向上させることができる。したがって、従来のようにＬＥＤを複数個設けてＬＥＤパッケージの光量向上を図る必要がなくなるので、ＬＥＤパッケージの構造及び製造プロセスが簡略化し、コストを抑えることができる。
【００２５】
なお、第１発光層３及び第２発光層４として同じ発光波長の発光層を設け、第１発光層３の発光波長及び第２発光層４の発光波長を同じにした場合には、１種類の発光波長の光をほぼ２倍の光量にすることができる。一方、第１発光層３及び第２発光層４として異なる発光波長の発光層を設け、第１発光層３の発光波長及び第２発光層４の発光波長を異ならせた場合には、光量の増加に加え、２種類の発光波長の光と蛍光体を用いて白色を発光させることが可能となるので、１種類の発光波長の光と蛍光体を用いて白色を発光させる場合に比べ、２種類の発光色成分が存在し、演色性を向上させることができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図８ないし図１０を参照して説明する。
【００２７】
本発明の第２の実施の形態は第１の実施の形態の変形例である。したがって、特に、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。
【００２８】
図８に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置１Ｂは、片面発光型の半導体発光装置である。第１発光層３及び第２発光層４から放射された光を反射する反射層６が第２発光層４上に設けられている。この反射層６上に電極５ｃが設けられている。ここで、反射層６としては、例えばＡｇ等を用いる。このような反射層６により、第１発光層３及び第２発光層４から放射された光の一部は、半導体発光装置１Ａの上方（図８中）に向かって反射される。これにより、片面発光型の半導体発光装置が実現され、その光量も発光層が１つである場合に比べて向上することになる。
【００２９】
半導体発光装置１Ｂの製造工程は、第１の実施の形態に係る製造工程と同様の工程を有しており、さらに、除去工程と電極形成工程との間に反射層形成工程を有している。すなわち、反射層形成工程では、図９に示すように、基材２の第２発光層４上に反射層６を形成する。次いで、電極形成工程では、図１０に示すように、第１発光層３上に各電極５ａ、５ｂを形成し、反射層６上に電極５ｃを形成し、第２発光層４上に電極５ｄを形成する。これにより、半導体発光装置１Ｂが完成する。
【００３０】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、反射層６を設けることによって、片面から高輝度な光を放射することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図１１を参照して説明する。
【００３２】
本発明の第３の実施の形態は第１の実施の形態の変形例である。したがって、特に、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第３の実施の形態においては、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。
【００３３】
図１１に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置１Ｃでは、第１主面Ｍ１に対する第１発光層３の設置領域Ｒ１が第２主面Ｍ２に対する第２発光層４の設置領域Ｒ２に比べ小さくなるように、第１発光層３及び第２発光層４が基材２上に設けられている。これにより、第１発光層３の発光面の面積と第２発光層４の発光面の面積とが異なることになる。
【００３４】
ここで、半導体発光装置１Ｃが基材２となるウェハ（例えば、サファイアウェハ、Ｓｉウェハ、ＳｉＣウェハ、ＡｌＮウェハ及びＧａＮウェハ等）上に一括で複数個形成された場合には、各半導体発光装置１Ｃはダイシング工程によりチップ個片に分割される。このとき、第１発光層３及び第２発光層４がリソグラフィの精度や貼り合わせの精度等によって所定位置から少量ずれる場合がある。この状態で、ウェハの両面のどちらか一方を基準としてダイシングした場合には、基準とした基準面の反対面上の発光層の外周部を切断したり、削ってしまったりする恐れがある。したがって、基準面として第２主面Ｍ２とする場合には、第１主面Ｍ１上の設置領域Ｒ１が第２主面Ｍ２上の設置領域Ｒ２に比べ小さく設定されている。これにより、各発光層３、４の位置ズレが多少生じたとしても、設置領域Ｒ２が大きい第２主面Ｍ２が基準面としてダイシングされるので、基準面の反対面である第１主面Ｍ１上の第１発光層３を切断してしまうことを防止することができる。したがって、チップの製造歩留まりを大幅に高めることができる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、第１主面Ｍ１に対する第１発光層３の設置領域Ｒ１及び第２主面Ｍ２に対する第２発光層４の設置領域Ｒ２のどちらか一方は他方に比べ小さいことから、例えば設置領域Ｒ２が設置領域Ｒ１より大きい場合には、第２主面Ｍ２を基準面としてダイシング工程が行われるので、各発光層３、４の位置ズレが多少生じたとしても、基準面の反対面である第１主面Ｍ１上の第１発光層３を切断してしまうことを防止することができる。その結果、チップの製造歩留まりを大幅に高めることができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態について図１２を参照して説明する。
【００３７】
本発明の第４の実施の形態は、第２の実施の形態に係る半導体発光装置１Ｂを備える光半導体パッケージの一例である。なお、第４の実施の形態においては、第２の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。
【００３８】
図１２に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る光半導体パッケージ２１Ａは、基体となるパッケージ基材２２と、そのパッケージ基材２２上に設けられた半導体発光装置１Ｂとを備えている。
【００３９】
半導体発光装置１Ｂは、パッケージ基材２２上に設けられた配線パターン２３ａ、２３ｂに各電極５ｃ、５ｄが接続材２４ａ、２４ｂによりそれぞれ接続され、パッケージ基材２２上に接合されている。また、各電極５ａ、５ｂには、それぞれワイヤＷ１、Ｗ２が接続材２４ｃ、２４ｄを介して接続されている。ここで、パッケージ基材２２としては、例えば、各種セラミック基材やガラスエポキシ基板等を用いる。さらに、接続材２４ａ、２４ｂとしては、例えばバンプ（Ａｕ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ及びＳｎＣｕ等）等を用いる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、高輝度な半導体発光装置１Ｂを用いることによって、小型で高輝度な光半導体パッケージを実現することができる。
【００４１】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について図１３を参照して説明する。
【００４２】
本発明の第５の実施の形態は第４の実施の形態の変形例である。したがって、特に、第４の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第５の実施の形態においては、第４の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。
【００４３】
図１３に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る光半導体パッケージ２１Ｂでは、半導体発光装置１Ｂは、パッケージ基材２２上に設けられた配線パターン２３ａ、２３ｂに反射層６及び電極５ｄが接続材２５ａ、２５ｂによりそれぞれ接続され、パッケージ基材２２上に接合されている。また、パッケージ基材２２上の接続材２５ａと接続材２５ｂとの間には、それらの電気的な接続を防止するための絶縁材２６が設けられている。ここで、接続材２５ａ、２５ｂとしては、例えばＡｕＳｎはんだやＡｇペースト等を用いる。なお、光半導体パッケージ２１Ｂでは、電極５ｃは必要なく、反射層６が電極として機能する。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００４６】
例えば、前述の実施の形態においては、各種の材料を挙げているが、それらの材料は例示であり、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体発光装置の製造方法を説明するための第１の工程断面図である。
【図３】第２の工程断面図である。
【図４】第３の工程断面図である。
【図５】第４の工程断面図である。
【図６】第５の工程断面図である。
【図７】第６の工程断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す半導体発光装置の製造方法を説明するための第１の工程断面図である。
【図１０】第２の工程断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る光半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る光半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…半導体発光装置、２…基材、３…第１発光層、４…第２発光層、Ｍ１…第１主面、Ｍ２…第２主面、Ｒ１…設置領域、Ｒ２…設置領域
【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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【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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