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JP5684751B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
窒化物半導体を用いたＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子が開発されている。また、例えば、青色の光を放出するＬＥＤと、青色光を吸収して黄色系の光を放出する蛍光体と、を組み合わせることで、白色の光を放出する半導体発光素子も開発されている。このような半導体発光素子において、信頼性の向上が望まれている。
特開２００７−１２９１８８号公報
本発明の実施形態は、高信頼性の半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、発光部と、第１導電性ピラーと、第２導電性ピラーと、封止部と、第１端子部と、第２端子部と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記発光部は、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層と、を含む。前記第１半導体層は、第１部分と第２部分とを含む第１主面を有し、第１導電形である。前記発光層は、前記第１部分の上に設けられる。前記第２半導体層は、前記発光層の上に設けられ、第２導電形である。前記第１半導体層は、前記第１主面と反対側の第２主面を有する。前記発光部から放出される光の少なくとも一部を吸収し前記光のピーク波長とは異なるピーク波長を有する光を放出する波長変換層が前記第２主面の上に設けられる。前記第１導電性ピラーは、前記第２部分の上に設けられ、前記第１主面に対して垂直な第１方向に沿って延び、前記第１半導体層と電気的に接続され、金属製である。前記第２導電性ピラーは、前記第２半導体層の上に設けられ、前記第１方向に沿って延び、前記第２半導体層と電気的に接続され、金属製である。前記封止部は、前記発光部の側面及び前記波長変換層の側面を覆うとともに、前記第１導電性ピラー及び前記第２導電性ピラーの間に延在し、前記第１導電性ピラーの側面及び前記第２導電性ピラーの側面を覆う。前記第１端子部は、前記第１導電性ピラーと前記封止部との上に設けられ、前記第１主面に対して平行な平面に投影したときに、前記発光部に重なる部分と、前記発光部に重ならず前記封止部に重なる部分と、を有し、前記第１導電性ピラーに接し、前記第１導電性ピラーと電気的に接続され、金属製である。前記第２端子部は、前記第１端子部と離間し、前記第２導電性ピラーと前記封止部との上に設けられ、前記平面に投影したときに、前記発光部に重なる部分と、前記発光部に重ならず前記封止部に重なる部分と、を有し、前記第２導電性ピラーに接し、前記第２導電性ピラーと電気的に接続され、金属製である。
第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。 第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャートである。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式図である。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的図である。 第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する等価回路図である。
（第１の実施形態）
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、発光部１５と、第１導電性ピラー４１と、第２導電性ピラー４２と、封止部４４と、第１端子部５１と、第２端子部５２と、を備える。
発光部１５は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、発光層３０と、を含む。
第１半導体層１０は、第１主面（主面）１０ａと、第１主面１０ａと反対側の第２主面１０ｂと、を有する。第２主面１０ｂは、例えば、第１主面１０ａと実質的に平行である。第１半導体層１０は、第１導電形を有する。第１主面１０ａは、第２半導体層２０と対向する第１部分１０ｐと、第２半導体層２０と対向しない第２部分１０ｑと、を有する。第１部分１０ｐは、第２部分１０ｑと並置される。
発光層３０は、第１主面１０ａの第１部分１０ｐの上に設けられる。第２半導体層２０は、発光層３０の上に設けられる。発光層３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられる。第２半導体層２０は、第２導電形を有する。第２導電形は、第１導電形とは異なる導電形である。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。実施形態はこれに限らず、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０は、例えば、窒化物半導体を含む。第１半導体層１０は、例えばｎ形クラッド層を含む。第２半導体層２０は、例えば、ｐ形クラッド層を含む。発光層３０は、例えば、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構成、または、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構成を有する。
単一量子井戸構成を有する発光層３０は、例えば、２つの障壁層と、障壁層どうしの間に設けられた井戸層と、を含む。多重量子井戸構成を有する発光層３０は、例えば、３つ以上の障壁層と、障壁層どうしのそれぞれの間に設けられた井戸層と、を含む。障壁層には、例えば、ＧａＮの化合物半導体が用いられる。井戸層には、例えば、ＩｎＧａＮの化合物半導体が用いられる。障壁層がＩｎを含む場合は、障壁層におけるＩｎの組成比は、井戸層におけるＩｎの組成比よりも低くする。
例えば、基板上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０が、この順で結晶成長され、発光部１５となる積層結晶膜が形成される。この積層結晶膜の一部が、第２半導体層２０の側から、第１半導体層１０に到達するまで除去される。これにより、第１半導体層１０の一部（第２部分１０ｑ）が露呈し、第１部分１０ｐの上に発光層３０及び第２半導体層２０が残る。これにより、発光部１５が形成される。第２部分１０ｑは、第１部分１０ｐとＸ−Ｙ平面内で並置される。発光部１５は、例えば、基板上に結晶成長された後に、基板から分離される。
ここで、第１主面１０ａに対して垂直な第１方向（第１半導体層１０から第２半導体層２０に向かう方向）をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は、第１主面１０ａに対して厳密に垂直でなくてもよい。
第１半導体層１０の厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。この例では、第１半導体層１０の厚さは、例えば、５μｍである。第２半導体層２０の厚さは、例えば、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。この例では、第２半導体層２０の厚さは、例えば、１００ｎｍである。発光層３０の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。この例では、発光層３０の厚さは、例えば、１０ｎｍである。
第１導電性ピラー４１は、第２部分１０ｑの上に設けられる。第１導電性ピラー４１は、Ｚ軸方向に沿って延びる。第１導電性ピラー４１は、例えば、円柱状または角柱状である。第１導電性ピラー４１は、第１半導体層１０と電気的に接続される。第１導電性ピラー４１は、例えば、第２部分１０ｑに接触して第１半導体層１０と導通する。第１半導体層１０と第１導電性ピラー４１との間に、電極などの導電性の部材を設けてもよい。
第２導電性ピラー４２は、第２半導体層２０の上に設けられる。第２導電性ピラー４２は、Ｚ軸方向に沿って延びる。第２導電性ピラー４２は、例えば、円柱状または角柱状である。第２導電性ピラー４２は、第２半導体層２０と電気的に接続される。第２導電性ピラー４２は、例えば、第２半導体層２０に接触して第２半導体層２０と導通する。第２半導体層２０と第２導電性ピラー４２との間に、電極などの導電性の部材を設けてもよい。
第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２には、導電性を有する材料が用いられる。第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２には、例えば、銅などの金属材料が用いられる。第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２は、１つに限らず複数でもよい。
封止部４４は、発光部１５の側面１５ｓと、第１導電性ピラー４１の側面４１ｓと、第２導電性ピラー４２の側面４２ｓと、を覆う。封止部４４は、第１導電性ピラー４１の端部４１ａと、第２導電性ピラー４２の端部４２ａと、を露呈させる。端部４１ａは、柱状の第１導電性ピラー４１に含まれる２つの端部のうちの、第１半導体層１０に接触する側と反対側の端部である。端部４２ａは、柱状の第２導電性ピラー４２に含まれる２つの端部のうちの、第２半導体層２０に接触する側と反対側の端部である。これにより、封止部４４は、例えば、発光部１５、第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２を保持する。封止部４４は、例えば、発光部１５、第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２を保護する。封止部４４には、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性の樹脂が用いられる。封止部４４は、例えば、石英フィラーやアルミナフィラーなどを含むことができる。これにより、封止部４４の熱伝導性が向上し、放熱性を高めることができる。
第１半導体層１０の第２主面１０ｂの上には、波長変換層４６が設けられる。波長変換層４６は、例えば、第２主面１０ｂの上側において、発光部１５を覆う。波長変換層４６は、例えば、発光部１５の発光光の少なくとも一部を吸収し、発光光のピーク波長とは異なるピーク波長の光を放出する。すなわち、波長変換層４６は、発光部１５から放出された光のピーク波長を変換する。波長変換層４６は、例えば、発光光のピーク波長とは異なる複数のピーク波長の光を放出してもよい。この例において、封止部４４は、波長変換層４６の側面４６ｓを、さらに覆う。封止部４４は、波長変換層４６の保持も行う。
波長変換層４６には、例えば、蛍光体層が用いられる。蛍光体層は、例えば、蛍光体粒子を分散させた液状の透明樹脂を熱硬化させることによって形成される。透明樹脂には、発光部１５の発光光及び蛍光体粒子から発せられる光に対する透過性を有する材料を用いる。透明樹脂には、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、または、液状ガラスなどを用いる。波長変換層４６は、例えば、放出する光のピーク波長が異なる複数の蛍光体層の積層体としてもよい。発光部１５の発光光は、例えば、紫外光、紫色光または青色光であり、波長変換層４６から放出される光は、例えば、黄色光、赤色光または緑色光である。波長変換層４６から放出される光と、発光光と、の合成光は、例えば、実質的に白色光である。合成光は、例えば、黄色光、赤色光、緑色光または青色光でもよい。
発光部１５と封止部４４との間には、絶縁層１６が設けられる。絶縁層１６は、例えば、発光部１５のうちの、波長変換層４６に覆われた第２主面１０ｂ、第１導電性ピラー４１との接触部分、及び、第２導電性ピラー４２との接触部分以外の部分に設けられ、発光部１５を覆う。これにより、絶縁層１６は、例えば、発光部１５と封止部４４との間の絶縁性を高める。絶縁層１６は、例えば、封止部４４に含まれる不純物などから発光部１５を保護する。
絶縁層１６には、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、リン・シリケート・ガラス（ＰＳＧ）、及び、ボロン・リン・シリケート・ガラス（ＢＰＳＧ）などの無機材料が用いられる。また、絶縁層１６として、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てもよいし、あるいは無機膜と有機膜との積層体を用いてもよい。絶縁層１６の厚さは、例えば、約４００ｎｍである。絶縁層１６の形成には、例えば、ＣＶＤ、蒸着及びスパッタなどが用いられる。
第１端子部５１は、第１導電性ピラー４１と封止部４４との上に設けられる。第１端子部５１は、第１主面１０ａに対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）に投影したときに、発光部１５に重なる部分５１ａと、発光部１５に重ならず封止部４４に重なる部分５１ｂと、を有する。第１端子部５１の部分５１ｂは、Ｚ軸方向に見たときに、発光部１５の外側に延在している。この例では、第１端子部５１の部分５１ｂは、Ｚ軸方向に見たときに、波長変換層４６の外側に延在している。第１端子部５１の部分５１ｂのＺ軸方向に対して垂直な方向（例えばＸ軸方向）に沿う長さ（発光部１５からの突出量）は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。第１端子部５１は、第１導電性ピラー４１に電気的に接続される。第１端子部５１は、例えば、第１導電性ピラー４１の端部４１ａに接触して第１導電性ピラー４１と導通する。
第２端子部５２は、第１端子部５１と離間し、第２導電性ピラー４２と封止部４４との上に設けられる。第２端子部５２は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、発光部１５に重なる部分５２ａと、発光部１５に重ならず封止部４４に重なる部分５２ｂと、を有する。第２端子部５２の部分５２ｂは、Ｚ軸方向に見たときに、発光部１５の外側に延在している。この例では、第２端子部５２の部分５２ｂは、Ｚ軸方向に見たときに、波長変換層４６の外側に延在している。第２端子部５２の部分５２ｂのＺ軸方向に対して垂直な方向に沿う長さは、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。第２端子部５２は、第２導電性ピラー４２に電気的に接続される。第２端子部５２は、例えば、第２導電性ピラー４２の端部４２ａに接触して第２導電性ピラー４２と導通する。
第１端子部５１及び第２端子部５２は、例えば、半導体発光素子１１０と外部の機器との電気的な接続に用いられる。この例では、第１端子部５１が、ｎ側のカソードであり、第２端子部５２が、ｐ側のアノードである。半導体発光素子１１０の使用時には、第１端子部５１が負、第２端子部５２が正となるように、第１端子部５１と第２端子部５２との間に電圧を印加する。これにより、発光部１５に順方向の電圧が加わり、発光層３０から光が放出される。第１端子部５１及び第２端子部５２には、例えば、金属材料などの導電性を有する材料が用いられる。第１端子部５１及び第２端子部５２は、例えば、１つの材料を用いた単層構造でもよいし、複数の材料を用いた積層構造でもよい。
半導体発光素子１１０では、第１半導体層１０の第２主面１０ｂが、光取り出し面となる。すなわち、この例では、発光層３０から放出される光は、第２主面１０ｂから半導体発光素子１１０の外部に出射する。例えば、ウエットエッチング処理やドライエッチング処理などによるフロスト処理を第２主面１０ｂに施し、微小な凹凸を第２主面１０ｂに形成してもよい。これにより、例えば、発光層３０から放出される光の第２主面１０ｂでの全反射が抑えられ、半導体発光素子１１０の光取り出し効率が向上する。
半導体発光素子１１０において、第１端子部５１及び第２端子部５２は、発光部１５に重ならず封止部４４に重なる部分５１ｂ及び５２ｂを有する。これにより、例えば、半導体発光素子１１０の放熱性を高めることができる。これにより、例えば、半導体発光素子１１０の熱に起因する破損を抑えることができる。また、例えば、第１端子部５１及び第２端子部５２の面積を広くすることができる。これにより、例えば、半導体発光素子１１０の実装性を向上させることができる。これにより、例えば、半導体発光素子１１０と外部の機器との接続不良を抑えることができる。従って、本実施形態に係る半導体発光素子１１０によれば、信頼性を向上させることができる。
以下、半導体発光素子１１０の製造方法の例を説明する。
図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、及び、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）に表したように、例えば、成長用基板５の表面５ａ上に、複数の発光部１５を形成する。複数の発光部１５の形成では、例えば、第１半導体層１０となる膜と、発光層３０となる膜と、第２半導体層２０となる膜と、を、この順に積層させた積層体を形成する。例えば、リソグラフィ処理及びエッチング処理により、積層体の一部を除去する。これにより、表面５ａ上に複数の発光部１５が形成される。
成長用基板５には、例えば、半導体基板が用いられる。半導体基板は、ｎ形でもよいし、ｐ形でもよいし、ドープ無しでもよい。ドープ無しの場合、半導体基板には、例えば、｛１１１｝面の真性半導体が用いられる。ドープ無しの半導体基板にドーピングを行ってｐ形またはｎ形としてもよい。この例において、成長用基板５には、例えば、シリコン基板が用いられる。成長用基板５は、例えば、サファイアガラスなどのガラス基板でもよい。積層体の形成には、例えば、有機金属気層成長（ＭＯＣＶＤ）法が用いられる。例えば、成長用基板５上に、窒化物半導体を含む結晶層がエピタキシャル成長される。例えば、成長用基板５と第１半導体層１０となる膜との間に、バッファ層を設けてもよい。バッファ層は、例えば、成長用基板５との格子整合および応力緩和の機能を有する。
図２（ｂ）に表したように、例えば、成膜処理、リソグラフィ処理及びエッチング処理により、成長用基板５の表面５ａと複数の発光部１５との上に、絶縁層１６となる絶縁膜１６ｆを形成する。絶縁膜１６ｆには、第１半導体層１０の一部を露呈させる複数の開口１６ａと、第２半導体層２０の一部を露呈させる複数の開口１６ｂと、が設けられる。開口１６ａは、第１半導体層１０と第１導電性ピラー４１との電気的な接続に用いられる。開口１６ｂは、第２半導体層２０と第２導電性ピラー４２との電気的な接続に用いられる。
図２（ｃ）に表したように、例えば、成膜処理、リソグラフィ処理、エッチング処理、及び、導電性材料の埋め込み処理などにより、複数の発光部１５のそれぞれの第１半導体層１０の上に、第１導電性ピラー４１を形成し、複数の発光部１５のそれぞれの第２半導体層２０の上に、第２導電性ピラー４２を形成する。第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２は、同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。
例えば、第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２にプローブを接触させて通電させ、発光部１５を発光させることにより、成長用基板５の上に形成された複数の発光部１５のそれぞれの発光光のピーク波長を測定する。複数の発光部１５の発光光のピーク波長は、必ずしも均一ではない。例えば、成長用基板５が円板状の半導体ウェーハである場合には、ウェーハの中心付近に位置する発光部１５のピーク波長が短く、ウェーハの外周に向かって徐々にピーク波長が長くなる、同心円状の分布を示す。
なお、複数の発光部１５の発光光のピーク波長の分布が、予め分かっている場合には、ピーク波長の測定を省略してもよい。複数の発光部１５の発光光のピーク波長の分布は、例えば、同じ種類の半導体発光素子１１０を繰り返し製造することによって、経験的に取得することができる。例えば、シミュレーションによって取得することができる。例えば、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法による光学測定により、事前に取得することができる。
成長用基板５を第１ダイシングラインＤＬ１に沿って切断し、成長用基板５を複数の発光部１５毎に個片化することにより、複数の発光部１５毎の複数の半導体部品１００（図３参照）を形成する。
半導体部品１００においては、絶縁膜１６ｆから絶縁層１６が形成される。また、半導体部品１００においては、成長用基板５から基板部５ｗが形成される。半導体部品１００は、基板部５ｗと、発光部１５と、第１導電性ピラー４１と、第２導電性ピラー４２と、を含む。発光部１５は、基板部５ｗの上に設けられる。発光部１５は、第１半導体層１０と、発光層３０と、第２半導体層２０と、を含む。第１半導体層１０は、基板部５ｗの上に設けられ、第１部分１０ｐと第２部分１０ｑとを含む第１主面１０ａを有し、第１導電形である。発光層３０は、第１部分１０ｐの上に設けられる。第２半導体層２０は、発光層３０の上に設けられ、第２導電形である。第１導電性ピラー４１は、第２部分１０ｑの上に設けられ、第１主面１０ａに対して垂直な第１方向に沿って延び、第１半導体層１０と電気的に接続される。第２導電性ピラー４２は、第２半導体層２０の上に設けられ、第１方向に沿って延び、第２半導体層２０と電気的に接続される。
複数の半導体部品１００は、例えば、発光部１５の発光光のピーク波長毎にグループ分けする。１つのグループにおけるピーク波長の範囲は、例えば、２ｎｍ以下である。グループ分けに利用する発光光のピーク波長のデータは、測定で取得したデータでもよいし、経験的に取得したデータでもよいし、シミュレーションで取得したデータでもよいし、ＰＬ法による光学測定で取得したデータでもよい。
図３（ａ）に表したように、支持基板１００の表面６ａの上に、粘着層７を形成する。
複数の半導体部品１００を粘着層７の上に並べ、複数の半導体部品１００を粘着層７によって支持基板６の表面６ａの上に固定する。これにより、加工体１０２を形成する。これにより、加工体１０２が準備される。
支持基板６には、例えば、シリコンウェーハ、ガラス基板、石英基板、セラミック基板またはポリテトラフルオロエチレン製基板などが用いられる。支持基板６に用いられる材料は、例えば、封止部４４を形成するための樹脂の硬化温度による変性、分解、及び、反りなどに耐えられる任意の材料でよい。支持基板６のＺ軸方向に見た形状は、円形状でもよいし、多角形状でもよい。粘着層７には、例えば、粘着剤、または、粘着剤を含む粘着シートなどが用いられる。粘着層７は、例えば、粘着剤を塗布したり、粘着シートを貼り付けたりすることによって形成される。粘着剤の塗布には、例えば、スピンコート法や印刷法などが用いられる。粘着シートの貼り付けには、例えば、ローラーラミネート法などが用いられる。粘着剤には、例えば、アクリル系粘着剤やゴム系粘着剤などが用いられる。
複数の半導体部品１００は、発光部１５から放出される光のピーク波長に応じて、支持基板６の表面６ａの上に並べる。支持基板６には、例えば、１つのグループに属する複数の半導体部品１００を接着する。すなわち、支持基板６には、例えば、発光光のピーク波長の近い半導体部品１００を接着する。支持基板６に接着する１つのグループの半導体部品１００は、例えば、１つの成長用基板５から形成された半導体部品１００でもよいし、複数の成長用基板５から形成された半導体部品１００でもよい。支持基板６には、例えば、複数のグループの半導体部品１００をエリア毎に分けて接着してもよい。
図３（ｂ）に表したように、複数の半導体部品１００のそれぞれの上及び支持基板６の表面６ａの上（粘着層７の上）に、封止部４４となる樹脂膜４４ｆを形成する。樹脂膜４４ｆは、複数の半導体部品１００のそれぞれの、発光部１５の側面１５ｓ、第１導電性ピラー４１の側面４１ｓ、及び、第２導電性ピラー４２の側面４２ｓを覆う。この例において、樹脂膜４４ｆは、複数の半導体部品１００のそれぞれの、第１導電性ピラー４１の端部４１ａ、及び、第２導電性ピラー４２の端部４２ａも覆う。樹脂膜４４ｆの形成には、例えば、塗布法が用いられる。例えば、樹脂膜４４ｆを塗布した後、樹脂膜４４ｆを硬化させる。
図３（ｃ）に表したように、例えば、研削加工やウェットエッチング、または、ドライエッチングなどによって樹脂膜４４ｆの一部を削ることにより、第１導電性ピラー４１の端部４１ａ及び第２導電性ピラー４２の端部４２ａを露呈させる。
図４（ａ）に表したように、例えば、複数の半導体部品１００及び樹脂膜４４ｆから支持基板６を剥離させる。支持基板６の剥離は、例えば、粘着層７の粘着力を低下させることによって行う。粘着層７の粘着力は、例えば、支持基板６側から粘着層７に向けて紫外線を照射したり、加工体１０２を加熱したりすることによって、低下させる。
図４（ｂ）に表したように、例えば、エッチングなどにより、複数の半導体部品１００のそれぞれから基板部５ｗを除去する。これにより、樹脂膜４４ｆの一方の表面４４ｑに、基板部５ｗの形状を反映した複数の凹部４５が形成される。
図４（ｃ）に表したように、樹脂膜４４ｆの他方の表面４４ｐに、第１端子部５１及び第２端子部５２となる導電膜５０を形成する。
図４（ｄ）に表したように、例えば、波長変換層４６となる樹脂材料（波長変換材料を含む樹脂材料）を複数の凹部４５のそれぞれに埋め込む。これにより、複数の半導体部品１００のそれぞれに波長変換層４６を形成する。例えば、蛍光体粒子を分散させた液状の透明樹脂を複数の凹部４５のそれぞれに埋め込む。これにより、蛍光体層を波長変換層４６として形成する。この例において、波長変換材料は、例えば、蛍光体粒子である。樹脂膜４４ｆを第２ダイシングラインＤＬ２に沿って切断する。すなわち、樹脂膜４４ｆを複数の半導体部品１００どうしの間で切断する。これにより、複数の半導体部品１００が個片化される。
以上により、半導体発光素子１１０が完成する。
この例では、発光部１５から放出される光のピーク波長に応じて、複数の半導体部品１００を支持基板６の表面６ａの上に再配列している。これにより、例えば、複数の半導体発光素子１１０の色度を均一化させることができる。これにより、例えば、半導体発光素子１１０の熱に関する信頼性や実装に関する信頼性に加え、半導体発光素子１１０の発光色に関する信頼性も向上させることができる。
例えば、支持基板６を剥離（図４（ａ）の状態）させた後、研削加工やウェットエッチング、または、ドライエッチングなどによって、樹脂膜４４ｆの一方の表面４４ｑ、及び、複数の半導体部品１００のそれぞれの基板部５ｗの一部を削り、樹脂膜４４ｆ及び複数の基板部５ｗの厚さを調整する。すなわち、凹部４５の深さを調整することによって、波長変換層４６の厚さを調整する。例えば、発光部１５の発光光のピーク波長に応じて波長変換層４６の厚さを変化させる。これにより、半導体発光素子１１０の色度を均一化させることができる。例えば、発光部１５の発光光のピーク波長に応じて波長変換層４６の組成を変化させることにより、半導体発光素子１１０の色度を均一化させてもよい。
図５は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャートである。
図５に表したように、本製造方法は、加工体１０２を準備するステップＳ１１０と、樹脂膜４４ｆを形成するステップＳ１２０と、支持基板６を剥離させるステップＳ１３０と、複数の凹部４５を形成するステップＳ１４０と、波長変換層４６を形成するステップＳ１５０と、を含む。
加工体１０２を準備するステップＳ１１０は、例えば、複数の発光部１５を形成するステップＳ１１１と、第１導電性ピラー４１及び第２導電性ピラー４２を形成するステップＳ１１２と、複数の半導体部品１００を形成するステップＳ１１３と、複数の半導体部品１００を支持基板６の上に配列させるステップＳ１１４と、を含む。
加工体１０２の準備は、例えば、複数の半導体部品１００を形成し、それらの各半導体部品１００を支持基板６の上に並べて加工体１０２を形成することを含む。加工体１０２の準備は、例えば、予め形成された加工体１０２を半導体発光素子１１０の製造に使用可能な状態にすることを含む。使用可能な状態にすることとは、例えば、加工体１０２を覆って保護する保護膜を除去することや、加工体１０２を製造装置にセットすることなどである。
ステップＳ１１０では、例えば、図２（ａ）〜図２（ｃ）に関して説明した処理を実施する。ステップＳ１２０では、例えば、図３（ｂ）に関して説明した処理を実施する。ステップＳ１３０では、例えば、図４（ａ）に関して説明した処理を実施する。ステップＳ１４０では、例えば、図４（ｂ）に関して説明した処理を実施する。ステップＳ１５０では、例えば、図４（ｄ）に関して説明した処理を実施する。
これにより、高信頼性の半導体発光素子１１０が製造される。
（第２の実施形態）
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的図である。
図６（ａ）は、模式的断面図である。図６（ｂ）は、模式的平面図である。図６（ａ）は、図６（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面を模式的に表す。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように、半導体発光素子１２０は、第１金属縁部６１と第２金属縁部６２とを、さらに備える。
第１金属縁部６１は、封止部４４の側面４４ｓの一部を覆う。第１金属縁部６１は、第１端子部５１に電気的に接続される。第２金属縁部６２は、第１金属縁部６２と離間して設けられ、封止部４４の側面４４ｓの一部を覆う。第２金属縁部６２に覆われる側面４４ｓの一部は、第１金属縁部６１に覆われる側面４４ｓの一部と異なる。第２金属縁部６２は、第２端子部５２に電気的に接続される。第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２には、例えば、銅やアルミニウムなどが用いられる。
半導体発光素子１２０では、例えば、第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２により、放熱性をさらに向上させることができる。また、例えば、第１端子部５１及び第２端子部５２に塗布したハンダの一部が、第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２に這い上がるようになり、実装性をさらに向上させることもできる。従って、半導体発光素子１２０では、信頼性をさらに向上させることができる。
また、半導体発光素子１２０では、第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２により、発光光の配向性を調整することができる。このとき、この観点で、第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２の形状や大きさや厚さを設計しても良い。例えば、第１金属縁部６１と波長変換層４６の側面４６ｓとの間の距離や第２金属縁部６２と波長変換層４６の側面４６ｓとの間の距離を変化させることによって、発光光の配向性を調整することができる。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する模式図である。
図７（ａ）は、模式的断面図である。図７（ｂ）は、模式的平面図である。図７（ａ）は、図７（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面を模式的に表す。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に表したように、半導体発光素子１２０を製造する場合には、例えば、複数の金属フレーム６４を加工体１０２に設ける。この例において、複数の金属フレーム６４のそれぞれは、Ｙ軸方向に沿って延びる。複数の金属フレーム６４のそれぞれは、例えば、Ｘ軸方向に並ぶ最近接の２つの半導体部品１００のそれぞれの間に設けられる。複数の金属フレーム６４のそれぞれは、例えば、樹脂膜４４ｆの形成の前に、支持基板６の表面６ａの上に設けられる。
例えば、複数の半導体部品１００を支持基板６の表面６ａの上に並べ、複数の金属フレーム６４を表面６ａの上に設ける。この後、半導体発光素子１１０の場合と同様に、樹脂膜４４ｆの形成、支持基板６の剥離、複数の凹部４５の形成、導電膜５０の形成、及び、波長変換層４６の形成を行う。そして、例えば、金属フレーム６４のＸ軸方向の間に設定される第３ダイシングラインＤＬ３に沿ってダイシングを行い、樹脂膜４４ｆ及び複数の金属フレーム６４を複数の半導体部品１００毎に個片化させる。これにより、切断された金属フレーム６４の一方が第１金属縁部６１、他方が第２金属縁部６２になり、半導体発光素子１２０が完成する。
（第３の実施形態）
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、模式的断面図である。図８（ｃ）は、模式的平面図である。図８（ａ）は、図８（ｃ）のＣ１−Ｃ２線断面を模式的に表す。図８（ｂ）は、図８（ｃ）のＤ１−Ｄ２線断面を模式的に表す。
図８（ａ）〜図８（ｃ）に表したように、半導体発光素子１３０は、整流素子部７０を、さらに備える。
整流素子部７０は、第１電極７１と、第２電極７２と、整流部７３と、を含む。
整流部７３の一端７３ａは、第１端子部５１と電気的に接続される。整流部７３の他端７３ｂは、第２端子部５２と電気的に接続される。整流部７３は、第１電極７１と第２電極７２との間の一方の方向（例えば順方向）に電流を流す。整流部７３は、第１電極７１と第２電極７２との間の一方の方向には電流を流れやすくし、第１電極７１と第２電極７２との間の他方の方向（例えば逆方向）には電流を流れにくくする。例えば、整流部７３においては、逆方向には電流が流れない。または、整流部７３において、逆方向に流れる電流は、順方向に流れる電流よりも小さい。この例では、例えば、第１電極７１から第２電極７２に向かう方向に電流を流す。
第１電極７１は、第１金属縁部６１に電気的に接続されている。これにより、第１電極７１は、第１金属縁部６１、第１端子部５１、及び、第１導電性ピラー４１を介して、第１半導体層１０に電気的に接続される。第２電極７２は、第２金属縁部６２に電気的に接続されている。これにより、第２電極７２は、第２金属縁部６２、第２端子部５２、及び、第２導電性ピラー４２を介して、第２半導体層２０に電気的に接続される。
第１金属縁部６１は、Ｙ軸方向に沿って延びる第１本体部６１ａと、第１本体部６１ａの一端から第２金属縁部６２に向かってＸ軸方向に突出した第１突出部６１ｂと、第１本体部６１ａの他端から第２金属縁部６２に向かってＸ軸方向に突出した第２突出部６１ｃと、を有する。
第２金属縁部６２は、Ｙ軸方向に沿って延びる第２本体部６２ａと、第２本体部６２ａの一端から第１金属縁部６１に向かってＸ軸方向に突出し、第１突出部６１ｂと対向する第３突出部６２ｂと、第２本体部６２ａの他端から第１金属縁部６１に向かってＸ軸方向に突出し、第２突出部６２ｂと対向する第４突出部６２ｃと、を有する。第１突出部６１ｂと第３突出部６２ｂとの間には、所定の間隔が設けられる。第２突出部６１ｃと第４突出部６２ｃとの間には、所定の間隔が設けられる。
整流部７３は、例えば、直方体状である。第１電極７１は、整流部７３の１つの面に設けられる。第２電極７２は、整流部７３の第１電極７１と対向する面に設けられる。第１電極７１の端部と第２電極７２の端部との間の距離は、例えば、第１突出部６１ｂと第３突出部６２ｂとの間の間隔の距離と実質的に同じである。これにより、整流素子部７０は、例えば、第１電極７１の端部と第２電極７２の端部との間に嵌る。整流素子部７０は、例えば、第１電極７１を第１突出部６１ｂに接触させ、第１電極７１を第１金属縁部６１に電気的に接続させる。整流素子部７０は、例えば、第２電極７２を第３突出部６２ｂに接触させ、第２電極７２を第２金属縁部６２に電気的に接続させる。整流素子部７０は、第２突出部６１ｃと第４突出部６２ｃとの間に設けてもよい。また、整流素子部７０は、例えば、封止部４４に覆われて保持される。第１電極７１及び第２電極７２は、例えば、封止部４４に覆われる。これにより、第１電極７１及び第２電極７２の外部への露出が抑制される。
図９は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する等価回路図である。
図９に表したように、発光部１５は、例えば、発光ダイオードである。整流部７３は、例えば、ダイオードである。半導体発光素子１３０において、整流部７３は、上記のように電気的に接続されることにより、発光部１５と逆方向に並列に接続される。
整流部７３の順方向降下電圧は、例えば、発光部１５において許容される最大の逆方向の電圧（以下、逆方向耐電圧）よりも低い。また、整流部７３の逆方向耐電圧は、動作時に発光部１５に印加する順方向電圧よりも高い。
整流部７３は、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）などに起因して半導体発光素子１３０に逆方向の過電圧（発光部１５の逆方向耐電圧を超える電圧）が印加された場合に導通する。整流部７３は、導通した場合に、発光部１５に加わる逆方向の電圧の最大値を、整流部７３の順方向電圧以下にする。これにより、半導体発光素子１３０においては、逆方向の過電圧から発光部１５が保護される。従って、半導体発光素子１３０では、信頼性をさらに向上させることができる。
整流部７３は、例えば、ツェナーダイオードでもよい。こうすれば、例えば、逆方向の過電圧に加えて、順方向の過電圧からも発光部１５を保護することができる。この例では、第１金属縁部６１及び第２金属縁部６２を発光部１５と整流部７３との配線に利用したが、発光部１５と整流部７３との配線方法は、これに限ることなく任意の方法でよい。
実施形態によれば、高信頼性の半導体発光素子及びその製造方法が提供される。
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる、第１半導体層、第２半導体層、発光層、発光部、第１導電性ピラー、第２導電性ピラー、封止部、第１端子部、第２端子部、第１金属縁部、第２金属縁部、整流部、整流素子部、支持基板、半導体部品、加工体、樹脂膜、波長変換層、及び、成長用基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
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。
５…成長用基板、 ５ａ…表面、 ５ｗ…基板部、 ６…支持基板、 ６ａ…表面、 ７…粘着層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…第１主面（主面）、 １０ｐ…第１部分、 １０ｑ…第２部分、 １０ｂ…第２主面、 １５…積層体、 １５ｓ…側面、 １６…絶縁層、 １６ａ、１６ｂ…開口、 １６ｆ…絶縁膜、 ２０…第２半導体層、 ３０…発光部、 ４１…第１導電性ピラー、 ４１ａ…端部、 ４１ｓ…側面、 ４２…第２導電性ピラー、 ４２ａ…端部、 ４２ｓ…側面、 ４４…封止部、 ４４ｆ…樹脂膜、 ４４ｐ…表面、 ４４ｑ…表面、 ４４ｓ…側面、 ４５…凹部、 ４６…波長変換層、 ４６ｓ…側面、 ５０…導電膜、 ５１…第１端子部、 ５１ａ、５１ｂ…部分、 ５２…第２端子部、 ５２ａ、５２ｂ…部分、 ６１…第１金属縁部、 ６１ａ…第１本体部、 ６１ｂ…第１突出部、 ６１ｃ…第２突出部、 ６２…第２金属縁部、 ６２ａ…第１本体部、 ６２ｂ…第１突出部、 ６２ｃ…第２突出部、 ６４…金属フレーム、 ７０…整流素子部、 ７１…第１電極、 ７２…第２電極、 ７３…整流部、 ７３ａ…一端、 ７３ｂ…他端、 １００…半導体部品、 １０２…加工体、 １１０、１２０、１３０…半導体発光素子、 ＤＬ１〜ＤＬ３…ダイシングライン

Claims (5)

  1. 第１部分と第２部分とを含む第１主面を有する第１導電形の第１半導体層と、前記第１部分の上に設けられた発光層と、前記発光層の上に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む発光部であって、前記第１半導体層は、前記第１主面と反対側の第２主面を有し、前記発光部から放出される光の少なくとも一部を吸収し前記光のピーク波長とは異なるピーク波長を有する光を放出する波長変換層が前記第２主面の上に設けられた発光部と、
    前記第２部分の上に設けられ、前記第１主面に対して垂直な第１方向に沿って延び、前記第１半導体層と電気的に接続された金属製の第１導電性ピラーと、
    前記第２半導体層の上に設けられ、前記第１方向に沿って延び、前記第２半導体層と電気的に接続された金属製の第２導電性ピラーと、
    前記発光部の側面及び前記波長変換層の側面を覆うとともに、前記第１導電性ピラー及び前記第２導電性ピラーの間に延在し、前記第１導電性ピラーの側面及び前記第２導電性ピラーの側面を覆う封止部と、
    前記第１導電性ピラーと前記封止部との上に設けられ、前記第１主面に対して平行な平面に投影したときに、前記発光部に重なる部分と、前記発光部に重ならず前記封止部に重なる部分と、を有し、前記第１導電性ピラーに接し、前記第１導電性ピラーと電気的に接続された金属製の第１端子部と、
    前記第１端子部と離間し、前記第２導電性ピラーと前記封止部との上に設けられ、前記平面に投影したときに、前記発光部に重なる部分と、前記発光部に重ならず前記封止部に重なる部分と、を有し、前記第２導電性ピラーに接し、前記第２導電性ピラーと電気的に接続された金属製の第２端子部と、
    を備えた半導体発光素子。
  2. 前記封止部の側面の一部を覆い、前記第１端子部に電気的に接続された第１金属縁部と、
    前記第１金属縁部と離間して設けられ、前記封止部の側面の前記一部と異なる一部を覆い、前記第２端子部に電気的に接続された第２金属縁部と、
    をさらに備えた請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記第１端子部に電気的に接続された一端と、前記第２端子部に電気的に接続された他端と、を有する整流部を含む整流素子部を、さらに備えた請求項１または２に記載の半導体発光素子。
  4. 支持基板と、前記支持基板の上に並べられた複数の半導体部品と、を含む加工体であって、前記半導体部品は、基板部と、前記基板部の上に設けられた発光部であって、前記基板部の上に設けられ第１部分と第２部分とを含む主面を有する第１導電形の第１半導体層と、前記第１部分の上に設けられた発光層と、前記発光層の上に設けられた第２導電形の第２半導体層と、を含む発光部と、前記第２部分の上に設けられ前記主面に対して垂直な第１方向に沿って延び前記第１半導体層と電気的に接続された第１導電性ピラーと、前記第２半導体層の上に設けられ前記第１方向に沿って延び前記第２半導体層と電気的に接続された第２導電性ピラーと、を含む、加工体を準備する工程と、
    前記複数の半導体部品のそれぞれの上及び前記支持基板の前記表面の上に、前記複数の半導体部品のそれぞれの、前記発光部の側面、前記第１導電性ピラーの側面、及び、前記第２導電性ピラーの側面を覆う樹脂膜を形成する工程と、
    前記複数の半導体部品及び前記樹脂膜から前記支持基板を剥離させる工程と、
    前記複数の半導体部品のそれぞれから前記基板部を除去し、前記樹脂膜の一方の表面に、前記基板部の形状を反映した複数の凹部を形成する工程と、
    前記複数の凹部のそれぞれに波長変換材料を含む樹脂材料を埋め込むことにより、前記発光部から放出される光の少なくとも一部を吸収し、前記光のピーク波長とは異なるピーク波長を有する光を放出し、前記波長変換材料を含む波長変換層を形成する工程と、
    前記樹脂膜を前記複数の半導体部品どうしの間で切断する工程と、
    を備えた半導体発光素子の製造方法。
  5. 前記加工体を準備する工程は、前記発光部から放出される光のピーク波長毎に前記複数の半導体部品をグループ分けし、１つの前記グループに属する前記複数の半導体部品を前記支持基板の上に並べる工程を含む請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
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