JP2013201192A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色度ばらつきを低減できる半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、チップと蛍光体層とを備えている。前記チップは、第１の面とその反対側の第２の面と発光層とを含む半導体層と、前記第２の面における前記発光層を有する領域に設けられたｐ側電極と、前記第２の面における前記発光層を含まない領域に設けられたｎ側電極とを含む。前記蛍光体層は、前記チップの前記第１の面上に設けられ、透明体と、前記透明体中に分散された蛍光体とを有する。前記蛍光体層に、前記蛍光体を含まない複数の隙間が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。

白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）開発において色度ばらつきの低減は大きな課題のひとつとなっている。特に、チップ選別工程を経ずに、ウェーハ内の複数チップに対して一括して配線層、保護樹脂、蛍光体層の形成を進めていくウェーハレベルＬＥＤパッケージ技術では、ウェーハ内チップ間の発光波長のばらつきが、色度ばらつきに大きく影響する。

特表２０１１−５１７０９０号公報 特開２０１０−１４７３１８号公報

本発明の実施形態は、色度ばらつきを低減できる半導体発光装置及びその製造方法を提供する。

実施形態によれば、半導体発光装置は、チップと蛍光体層とを備えている。前記チップは、第１の面とその反対側の第２の面と発光層とを含む半導体層と、前記第２の面における前記発光層を有する領域に設けられたｐ側電極と、前記第２の面における前記発光層を含まない領域に設けられたｎ側電極とを含む。前記蛍光体層は、前記チップの前記第１の面上に設けられ、透明体と、前記透明体中に分散された蛍光体とを有する。前記蛍光体層に、前記蛍光体を含まない複数の隙間が設けられている。

第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１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。 第１実施形態の半導体発光装置の製造方法の変形例を示す模式断面図。 第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 第２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。 第２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。 第２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。 第２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。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式平面図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。

図１には、ウェーハ状態から個片化された例えば３つの半導体発光装置１ａ〜１ｃを示す。３つの半導体発光装置１ａ〜１ｃのそれぞれが有する要素は、後述するように、個片化前のウェーハ状態で一括して形成される。

各半導体発光装置１ａ〜１ｃは、チップ３と、チップ３上に設けられた蛍光体層３０とを有する。３つの半導体発光装置１ａ〜１ｃは、蛍光体層３０に形成された隙間４１の大きさ（隙間４１の大きさがゼロ、すなわち隙間４１がない場合も含む）が異なり、チップ３及びチップ３の支持体の構造は同じである。

チップ３は、半導体層１５を含む。半導体層１５は、第１の面１５ａと、その反対側に設けられた第２の面とを有する。半導体層１５の第１の面（図１において上面）１５ａから主に光が外部に放出される。半導体層１５の第２の面に、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７が設けられている。

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、例えば窒化ガリウムを含む材料からなる。第１の半導体層１１は、例えば電流の横方向経路として機能するｎ型層などを含む。第２の半導体層１２は、ｐ型層と発光層（活性層）１２ａを含む。

半導体層１５の第２の面は凹凸形状に加工され、発光層１２ａの一部が除去されている。したがって、半導体層１５の第２の面は、発光層１２ａを含む（または発光層１２ａに対向する）発光領域と、発光層１２ａを含まない（または発光層１２ａに対向しない）非発光領域とを有する。

ｐ側電極１６は第２の面における発光領域に設けられ、ｎ側電極１７は第２の面における非発光領域に設けられている。第２の面において、発光領域の面積は非発光領域の面積よりも広い。ｐ側電極１６が第２の面（発光領域）上に広がっている面積は、ｎ側電極１７が第２の面（非発光領域）上に広がっている面積よりも広い。

第２の面側には、第１の絶縁層（以下、単に絶縁層という）１４が設けられている。絶縁層１４は、半導体層１５の側面にも設けられている。絶縁層１４は、第２の面におけるｐ側電極１６及びｎ側電極１７が設けられていない部分を覆っている。

絶縁層１４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１４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ることもできる。

絶縁層１４は、ｐ側電極１６の一部およびｎ側電極１７の一部を覆っている。絶縁層１４は、第１の面１５ａ上には設けられていない。第１の面１５ａから続く半導体層１５の側面は、絶縁層１４で覆われている。絶縁層１４は、後述する樹脂層２５とともに半導体発光装置の側面を形成し、半導体層１５を含むチップ３は半導体発光装置の側面に露出していない。

絶縁層１４には、ｐ側電極１６に達する複数の第１の開口１４ａと、ｎ側電極１７に達する第２の開口１４ｂが形成されている。

絶縁層１４上には、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。ｐ側配線層２１は、第１の開口１４ａ内にも設けられ、ｐ側電極１６と電気的に接続されている。ｎ側配線層２２は、第２の開口１４ｂ内にも設けられ、ｎ側電極１７と電気的に接続されている。

ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２は、後述するように、例えば電解メッキ法により形成される。そのメッキ時のシードメタルとして使われる金属膜１９が、ｐ側配線層２１と絶縁層１４との間、およびｎ側配線層２２と絶縁層１４との間に設けられている。

ｐ側配線層２１においてチップ３に対する反対側の面上には、ｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｐ側金属ピラー２３は、ｐ側配線層２１よりも厚い。ｐ側配線層２１およびｐ側金属ピラー２３は、実施形態におけるｐ側配線部を構成する。

ｎ側配線層２２においてチップ３に対する反対側の面上には、ｎ側金属ピラー２４が設けられている。ｎ側金属ピラー２４は、ｎ側配線層２２よりも厚い。ｎ側配線層２２およびｎ側金属ピラー２４は、実施形態におけるｎ側配線部を構成する。

また、絶縁層１４上には、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側配線部の周囲およびｎ側配線部の周囲を覆っている。

ｐ側配線層２１におけるｐ側金属ピラー２３との接続面以外の面、およびｎ側配線層２２におけるｎ側金属ピラー２４との接続面以外の面は、樹脂層２５で覆われている。また、樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に設けられ、ｐ側金属ピラー２３の側面及びｎ側金属ピラー２４の側面を覆っている。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に充填されている。

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、樹脂層２５で覆われずに露出され、実装基板に接合される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、樹脂層２５で覆われずに露出され、実装基板に接合されるｎ側外部端子２４ａとして機能する。

ｐ側配線部、ｎ側配線部及び樹脂層２５のそれぞれの厚さは、半導体層１５の厚さよりも厚い。なお、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー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。

ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４及びこれらを補強する樹脂層２５は、半導体層１５を含むチップ３の支持体として機能する。したがって、半導体層１５を形成するために使用した基板を後述するように除去しても、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４及び樹脂層２５を含む支持体によって、半導体層１５を安定して支持し、半導体発光装置の機械的強度を高めることができる。

また、半導体発光装置を実装基板に実装した状態で半導体層１５に加わる応力を、ｐ側金属ピラー２３及び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。

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。

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。

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を含むｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。発光層１２ａ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を含むｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。

ｎ側配線層２２の一部は、絶縁層１４上における発光層１２ａに対向する部分に重なっている。絶縁層１４上に広がるｎ側配線層２２の面積は、ｎ側配線層２２がｎ側電極１７と接続する面積よりも大きい。

実施形態によれば、ｎ側電極１７よりも広い領域にわたって形成された発光層１２ａによって高い光出力を得ることができる。なおかつ、発光層１２ａを含まず、ｐ側電極１６が設けられた発光領域よりも狭い非発光領域に設けられたｎ側電極１７が、これよりも面積の大きなｎ側配線層２２として実装面側に配置し直された構造を実現できる。

ｐ側配線層２１が第１の開口１４ａを通じてｐ側電極１６と接続する面積は、ｎ側配線層２２が第２の開口１４ｂを通じてｎ側電極１７と接続する面積よりも大きい。よって、発光層１２ａへの電流分布が向上し、且つ発光層１２ａで発生した熱の放熱性が向上できる。

半導体層１５の第１の面１５ａ上には、蛍光体層３０が設けられている。蛍光体層３０は、発光層１２ａの発光光（励起光）を吸収し波長変換光を発光可能な粉末または粒子状の複数の蛍光体を含む。蛍光体は、発光層１２ａの発光光および蛍光体の発光光（波長変換光）に対して透明な第１の透明体として例えば透明樹脂に分散されている。実施形態の半導体発光装置は、発光層１２ａからの光と、蛍光体による波長変換光との混合光を放出可能である。

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１２ａからの青色光と、蛍光体層３０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。あるいは、蛍光体層３０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。

図１に例示する３つの半導体発光装置１ａ〜１ｃのうち、例えば半導体発光装置１ａと半導体発光装置１ｃの蛍光体層３０には複数の隙間４１が形成されている。隙間４１は蛍光体を含まず、発光層１２ａの発光光および蛍光体の発光光（波長変換光）に対して透明な第２の透明体として例えば透明樹脂５１が充填されている。

図１において例えば真ん中に示される半導体発光装置１ｂの蛍光体層３０には、隙間は形成されていない。

図２０及び図２２は、個片化前のウェーハ状態における蛍光体層３０の模式上面図である。

図２０に示すように、隙間４１は例えば格子溝状に形成され、蛍光体層３０を複数のピラー部に分離している。

あるいは、図２２に示すように、隙間４１は、蛍光体層３０中に設けられたホールとして形成されている。

半導体発光装置１ａと半導体発光装置１ｃとでは、隙間４１の大きさが異なる。隙間４１の大きさは、例えば、隙間４１の体積、幅、直径、深さ（高さ方向寸法）などを表す。また、半導体発光装置１ｂでは、隙間がない、すなわち隙間の大きさがゼロである。

例えば、半導体発光装置１ｃの隙間４１は、半導体発光装置１ａの隙間４１よりも、幅または直径が大きく、且つ深さ（高さ方向寸法）も大きい。すなわち、半導体発光装置１ｃの隙間４１の体積は、半導体発光装置１ａの隙間４１の体積よりも大きい。

蛍光体を含まない隙間４１の大きさが大きいほど、蛍光体層３０による波長変換光の割合が相対的に低下し、チップ３の発光層１２ａの発光色（例えば青色）に近い波長の混合光になる傾向がある。

各チップ３間で隙間４１の大きさ（大きさがゼロも含む）を適切に調整することで、チップ３の発光光と蛍光体層３０での波長変換光との混合光の色度を制御することができる。したがって、ウェーハ上の各チップ３間で発光色がばらついても、蛍光体層３０の隙間４１の大きさを調整することで、半導体発光装置の放出光（混合光）を所望の色度に揃えることが可能となる。

次に、隙間４１の大きさの調整工程も含めた実施形態の半導体発光装置の製造方法について、図２（ａ）〜図１１（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）は、基板１０の主面（図において下面）上に、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２を含む半導体層１５が形成されたウェーハの断面を表す。基板１０の主面上に第１の半導体層１１が形成され、その第１の半導体層１１の上に第２の半導体層１２が形成される。

例えば、窒化ガリウム系材料からなる第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２は、サファイア基板上にＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法でエピタキシャル成長させることができる。あるいは、基板１０としてシリコン基板を用いることもできる。

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１２ａ、ｐ型ＧａＮ層を含む。発光層１２ａは、青、紫、青紫、近紫外、紫外光などを発光するものを用いることができる。

基板１０上に半導体層１５を形成した後、図示しないレジストを用いた例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）で、第２の半導体層１２を選択的に除去して、第１の半導体層１１を選択的に露出させる。第１の半導体層１１が露出された領域は、発光層１２ａを含まない。

また、図示しないレジストマスクを用いた例えばＲＩＥで、半導体層１５を貫通し基板１０に達する溝４を形成する。溝４は、ウェーハ状態の基板１０上で例えば格子状の平面パターンで形成される。半導体層１５は、溝４によって複数に分離される。

なお、半導体層１５を複数に分離する工程は、以下に説明するｐ側電極１６及びｎ側電極１７を形成した後に行ってもよい。

半導体層１５の第２の面（基板１０に対する反対側の面）には、図２（ｂ）に示すように、ｐ側電極１６及びｎ側電極１７が形成される。ｐ側電極１６は、第２の半導体１２の表面に形成される。第２の半導体層１２が選択的に除去され、発光層１２ａを含まない第１の半導体層１１の表面に、ｎ側電極１７が形成される。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。

なお、図示を省略するが、必要に応じて、第２の面側にパッシベーション膜（絶縁膜）を形成してもよい。

次に、基板１０の主面側のすべての露出部を、図３（ａ）に示す絶縁層１４で覆う。その後、図示しないレジストマスクを用いたエッチングにより、絶縁層１４に、第１の開口１４ａと第２の開口１４ｂを形成する。第１の開口１４ａはｐ側電極１６に達し、第２の開口１４ｂはｎ側電極１７に達する。

次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層１４の表面、第１の開口１４ａの内壁（側壁及び底部）、および第２の開口１４ｂの内壁（側壁及び底部）に、メッキのシードメタルとして機能する金属膜１９を形成する。金属膜１９は、例えば絶縁層１４側から順に形成されたチタン膜と銅膜との積層構造を有する。あるいは、チタン膜の代わりにアルミニウム膜を使ってもかまわない。

そして、その金属膜１９上に、図４（ａ）に示すレジスト７１を選択的に形成し、金属膜１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。

このメッキにより、絶縁層１４上に、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２が互いに離間して形成される。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。

ｐ側配線層２１は、第１の開口１４ａ内にも形成され、シードメタルである金属膜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１４ｂ内にも形成され、シードメタルである金属膜１９を介してｎ側電極１７と電気的に接続される。

次に、図４（ｂ）に示すレジスト７２をマスクに用いて、まだ残っている金属膜１９を電流経路としたＣｕ電解メッキを行う。このメッキにより、図４（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。ｐ側金属ピラー２３はｐ側配線層２１上に形成され、ｎ側金属ピラー２４はｎ側配線層２２上に形成される。

ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を形成した後、レジスト７２を除去し、図５（ａ）に示すように、シードメタルとして使った金属膜１９の露出部を除去する。したがって、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２間でつながっていた金属膜１９が分断される。

次に、絶縁層１４上に、図５（ｂ）に示す樹脂層２５を形成する。樹脂層２５は、絶縁層１４、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。

そして、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４及び樹脂層２５を含む支持体にチップ３が支持された状態で、基板１０を除去する。基板１０がサファイア基板の場合、レーザーリフトオフ法によって基板１０を除去することができる。

すなわち、基板１０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１０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。

レーザ光が基板１０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。例えばＧａＮ系材料の第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１０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１０と第１の半導体層１１とが分離する。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１０を除去する。

半導体層１５は、これよりも厚い支持体によって支持されているため、基板１０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を構成する樹脂、ｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４を構成する金属は、ＧａＮ系材料の半導体層１５に比べて柔軟な材料である。そのため、基板１０上に半導体層１５を形成するエピタキシャル成長で発生した大きな内部応力が、基板１０の剥離時に一気に開放されても、チップ３が破壊されることを回避できる。

また、基板１０がシリコン基板の場合には、ウェットエッチングやドライエッチングで除去することができる。また、基板１０の除去前に、必要に応じて、基板１０に対して機械研削を行って薄くしてもよい。

基板１０が除去されると、図６（ａ）および図６（ａ）の上面図に対応する図１８に示すように、半導体層１５の第１の面１５ａが露出する。その第１の面１５ａは洗浄され、また必要に応じて凹凸を形成するフロスト処理が行われる。第１の面１５ａに微小凹凸を形成することで、光取り出し効率を向上できる。

次に、図６（ｂ）に示すように、樹脂層２５を研削して、ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａを露出させる。あるいは、この工程は、基板１０の除去前に行ってもよい。

次に、図７（ａ）に示すように、第１の面１５ａ上に、蛍光体層３０が形成される。蛍光体層３０は、透明樹脂と、透明樹脂中に分散された粉末または粒子状の多数の蛍光体とを有する。

蛍光体が分散された液状の透明樹脂を、例えばインプリント法、ディスペンス法、スクリーン印刷法などの方法によって、複数の隙間４１を生じさせて第１の面１５ａ上に形成する。

図１９及び図２１は、図７（ａ）の上面図に対応する。
図１９に示すように、隙間４１は例えば格子溝状に形成され、蛍光体層３０を複数のピラー部に分離している。あるいは、図２１に示すように、隙間４１は、蛍光体層３０中に設けられたホールとして形成される。

蛍光体層３０の透明樹脂は、例えば熱硬化性樹脂であり、第１の面１５ａ上に供給された後、半硬化状態にされる。この段階では、すべてのチップ３間で隙間４１の大きさは等しい。

次に、図７（ｂ）に示すように、蛍光体層３０の上面上に保護フィルム７３を貼り付ける。

次に、各チップ３の光学特性の測定が行われる。具体的には、図８に示すように、ウェーハは支持台８１上に支持される。ウェーハにおけるｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとを露出させている面が、支持台８１の平坦面上に支持される。

支持台８１にはプローブ８２ａ及び８２ｂの貫通部が形成され、プローブ８２ａ及び８２ｂは支持台８１の裏側から貫通部に通される。正極側のプローブ８２ａはｐ側外部端子２３ａに接触し、負極側のプローブ８２ｂはｎ側外部端子２４ａに接触する。

プローブ８２ａ及び８２ｂを通じてチップ３の発光層１２ａに電流が供給され、発光層１２ａが発光する。そして、第１の面１５ａから放出される光の光学特性として例えば発光スペクトルを測定する。その発光スペクトルから色度が得られる。

その測定された光学特性に応じて、蛍光体層３０の隙間４１の大きさを適切に制御する。具体的には、加圧ツール８３で蛍光体層３０を加圧して、隙間４１の大きさを変化させる。

実施形態では、例えば、発光層１２ａを発光させて光学特性を測定しながら同時に蛍光体層３０を加圧する。図９に示すように、加圧ツール８３で、保護フィルム７３を介して蛍光体層３０を機械的に押圧する。

加圧ツール８３は光取り込みツールを兼ねており、蛍光体層３０を加圧ツール８３で押圧しつつ、第１の面１５ａ側から放出された光が加圧ツール８３を通じて図示しない測定装置に導かれる。加圧ツール８３における少なくとも蛍光体層３０に対する押圧面は、発光層１２ａの発光光および蛍光体層３０の波長変換光に対して透明な材料からなる。

また、保護フィルム７３は、発光層１２ａの発光光および蛍光体層３０の波長変換光に対して透明な透明樹脂であるため、光学測定の障害にはならない。

保護フィルム７３は、加圧ツール８３への蛍光体層３０の付着を抑制する。あるいは、保護フィルム７３を設けずに、加圧ツール８３側に、蛍光体層３０が付着しにくい加工や表面処理を施してもよい。

蛍光体層３０を加圧しながら光学特性の測定を行い、所望の色度を読み取ったところで蛍光体層３０加圧を停止する。

あるいは、光学特性測定と蛍光体層３０の加圧とは同時でなくてもよい。蛍光体層３０の加圧と光取り込みとを別のツールで行い、測定した光学特性に応じて蛍光体層３０の加圧量（隙間４１の大きさ調整量）を決めて蛍光体層３０を加圧した後、再度光学特性測定を行う。

あるチップ３に対する光学特性測定及び隙間調整が終わると、図１０に示すように、他のチップ３に対して同様な光学特性測定及び隙間調整が行われる。例えば、ステップアンドリピート方式で、ウェーハ内の全チップ３に対して光学特性測定及び隙間調整が行われる。

あるいは、ウェーハ内の全チップ３に限らず、選択されたチップ３に対してだけ光学特性測定を行い、ウェーハ内での光学特性の分布を取得し、その分布をもとに隙間調整を行ってもよい。また、光学特性及び蛍光体層３０の加圧は、１つのチップ３ごとに限らず、複数チップ３ごとに行ってもよい。

上記加圧工程では、蛍光体層３０における例えば半硬化状態の熱硬化性樹脂が加圧ツール８３の押圧力を受けて変形する。そして、その後、蛍光体層３０を加熱して熱硬化性樹脂を本硬化させることで、所望の大きさ（大きさがゼロも含む）の隙間４１が維持される。

その後、図１１（ａ）に示すように、保護フィルム７３を剥離する。そして、図１１（ｂ）に示すように、発光層１２ａの発光光および蛍光体層３０の波長変換光に対して透明な第２の透明体として例えば透明樹脂５１を隙間４１に充填する。また、透明樹脂５１は、蛍光体層３０上にも設けられ、蛍光体層３０を覆う。また、透明樹脂５１の上面を凹凸加工して光取り出し効率を高めることも可能である。

第２の透明体としての例えば透明樹脂５１は、液状の状態で、例えばスピンコート法、真空印刷法、モールド法などによって隙間４１及び蛍光体層３０上に供給された後、熱硬化される。

なお、第２の透明体は、隙間４１にだけ充填し、蛍光体層３０上には設けなくてもよい。隙間４１に第２の透明体が充填されることで、隙間４１への異物の侵入を防げる。なお、第２の透明体を形成した後に、蛍光体層３０の本硬化を行ってもよい。

また、第２の透明体として、蛍光体層３０の透明体に比べて屈折率が低い材料を用いることが好ましい。この場合、第２の透明体の有無による光の取り出し経路の違いが小さくなるため、第２の透明体を充填する前の光学特性によって、第２の透明体が充填された後の最終製品の光学特性を制御することが容易になる。

そして、溝４の位置で、透明樹脂５１、蛍光体層３０、絶縁層１４および樹脂層２５を切断して、図１に示すように複数の半導体発光装置（図１では３つの半導体発光装置１ａ〜１ｃを例示）に個片化する。

溝４には、半導体層１５が形成されておらず、実施形態では樹脂である絶縁層１４が充填されている。また、その絶縁層１４の下には樹脂層２５が設けられている。したがって、ダイシング領域には、半導体層１５は設けられず、半導体層１５よりも軟らかい樹脂が設けられている。このため、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。

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。したがって、ダイシング後に、個々の半導体発光装置ごとに、支持体の形成および絶縁材によるチップの保護を行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。図１に示す個片化された状態で、すでに半導体層１５の側面が絶縁層１４で覆われて保護されている。

個片化された半導体発光装置は、１つのチップ３を含むシングルチップ構造でもよいし、複数のチップ３を含むマルチチップ構造でもよい。

同じウェーハ内のチップ３であっても、第１の面１５ａから放出される光の波長がばらつく場合がある。第１の面１５ａから放出される励起光のピーク波長がずれると、蛍光体層３０における波長変換効率もしくは蛍光体層３０の発光強度が変わり、結果として外部に放出される光の色度がばらつく原因となり得る。

これに対して、実施形態によれば、予め複数の隙間４１を生じさせた状態で蛍光体層３０を形成し、チップ３の発光特性に応じてその対象チップ３上の蛍光体層３０を加圧して隙間４１の大きさを制御する。

蛍光体層３０がその上面側から押圧されると、蛍光体層３０の高さが低くなり隙間４１の高さ方向の寸法が小さくなり、且つ蛍光体層３０の幅が広がり隙間４１の幅が小さくなる。

すなわち、蛍光体層３０に対する加圧量が大きいほど隙間４１の大きさ（体積）は小さくなる。そして、蛍光体を含まない隙間４１の大きさが大きいほど、蛍光体層３０による波長変換光の割合が相対的に低下し、チップ３の発光層１２ａの発光色（例えば青色）に近い波長の混合光が得られる傾向がある。

したがって、チップ３間で隙間４１の大きさ（大きさがゼロも含む）を適切に調整することで、ウェーハ内における色度ばらつきを抑制でき、個片化された個々の半導体発光装置は所望の色度を有することができる。

測定された光学特性によっては、隙間４１の大きさが、図７（ａ）に示す蛍光体層３０の形成時から変えない場合もある。また、測定された光学特性によっては、図１において真ん中の半導体発光装置１ｂに示されるように、隙間がなくなる場合もある。

ここで、図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図７（ｂ）及び図９に示す工程に対応する工程の変形例を表す。

この変形例では、隙間４１の側面にテーパーをもたせている。すなわち、隙間４１における蛍光体層３０の上端側の上部の幅は、蛍光体層３０の下端側の底部の幅よりも大きい。これにより、例えばインプリント法で蛍光体層３０に隙間４１を形成する場合に、テンプレートの離型を容易にする。また、蛍光体層３０を押圧したときにボイドを巻き込みにくくできる。

（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。

図１３には、ウェーハ状態から個片化された例えば３つの半導体発光装置２ａ〜２ｃを示す。３つの半導体発光装置２ａ〜２ｃのそれぞれが有する要素は、後述するように、個片化前のウェーハ状態で一括して形成される。

各半導体発光装置２ａ〜２ｃは、第１実施形態と同様、チップ３と、チップ３上に設けられた第１の蛍光体層３０とを有する。さらに、第２実施形態の半導体発光装置２ａ〜２ｃは、第２の蛍光体層６０を有する点で第１実施形態と異なる。

第２の蛍光体層６０は、透明樹脂５１上に設けられている。第２の蛍光体層６０は、発光層１２ａの発光光（励起光）を吸収し波長変換光を発光可能な粉末または粒子状の複数の蛍光体を含む。蛍光体は、発光層１２ａの発光光および蛍光体の発光光（波長変換光）に対して透明な透明体として例えば透明樹脂に分散されている。

第１の蛍光体層３０の蛍光体は、チップ３からの励起光を受けて赤色光を発光する赤色蛍光体である。第２の蛍光体層６０の蛍光体は、チップ３からの励起光を受けて緑色光を発光する緑色蛍光体である。

したがって、第２実施形態では、ＧａＮ系材料である発光層１２ａからの青色光と、第１の蛍光体層３０における波長変換光である赤色光と、第２の蛍光体層６０における波長変換光である緑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。

蛍光体として赤色蛍光体と緑色蛍光体を使うことで、黄色蛍光体を使った場合に比べて高演色特性が得られる。また、緑色蛍光体は赤色光で励起されないため、赤色蛍光体層である第１の蛍光体層３０を透過してきた励起光である青色光のみで励起できる。

第２実施形態とは逆の積層、すなわち、チップ３側に緑色蛍光体層を設け、その緑色蛍光体層の上に赤色蛍光体層を設けると、下の緑色蛍光体層から発光された緑色光で赤色蛍光体が励起されてしまう。この場合、青色光で励起された場合に比べて赤色の発光効率が悪くなってしまう。

図１３に例示する３つの半導体発光装置２ａ〜２ｃのうち、例えば半導体発光装置２ａと半導体発光装置２ｃの第２の蛍光体層６０には複数の隙間６１が形成されている。隙間６１は蛍光体を含まず、発光層１２ａの発光光および蛍光体の発光光（波長変換光）に対して透明な透明体として例えば透明樹脂６２が充填されている。図１３において例えば真ん中に示される半導体発光装置２ｂの第２の蛍光体層６０には、隙間は形成されていない。

隙間６１は、第１の蛍光体層３０に形成された隙間４１と同様に、格子溝やホールとして形成されている。

第２の蛍光体層６０についても、各チップ３間で隙間６１の大きさ（大きさがゼロも含む）を適切に調整することで、半導体発光装置の外部に放出される混合光の色度を制御することができる。

なお、個々の半導体発光装置において、第１の蛍光体層３０の隙間４１の大きさと、第２の蛍光体層６０の隙間６１の大きさとは同じであることに限らず、測定されるチップ３の発光特性に応じて、第１の蛍光体層３０と第２の蛍光体層６０とではそれぞれ独立に隙間の大きさは制御可能である。

次に、第２実施形態の半導体発光装置の製造方法について、図１４〜図１７を参照して説明する。

透明樹脂５１の形成までは、第１実施形態と同様に進められる。その後、図１４に示すように、透明樹脂５１の上面（平坦面）上に、第２の蛍光体層６０が形成される。第２の蛍光体層６０は、透明樹脂と、透明樹脂中に分散された粉末または粒子状の多数の蛍光体とを有する。

蛍光体が分散された液状の透明樹脂を、例えばインプリント法、ディスペンス法、スクリーン印刷法などの方法によって、複数の隙間６１を生じさせて透明樹脂５１上に形成する。

第２の蛍光体層６０の透明樹脂は、例えば熱硬化性樹脂であり、透明樹脂５１上に供給された後、半硬化状態にされる。この段階では、すべてのチップ３間で隙間６１の大きさは等しい。

次に、図１５に示すように、第２の蛍光体層６０の上面上に保護フィルム７３を貼り付ける。

次に、第１実施形態と同様に、各チップ３の光学特性の測定が行われる。すなわち、図８に示すプローブ８２ａ及び８２ｂを通じてチップ３の発光層１２ａに電流が供給され、発光層１２ａが発光する。保護フィルム７３を透過してくる光の光学特性として例えば発光スペクトルを測定する。その発光スペクトルから色度が得られる。

その測定された光学特性に応じて、第２の蛍光体層６０の隙間６１の大きさを適切に制御する。これも第１実施形態と同様、加圧ツール８３で第２の蛍光体層６０を加圧して、隙間６１の大きさを変化させる。

前述した加圧ツール８３で、保護フィルム７３を介して、第２の蛍光体層６０を機械的に押圧する。例えば、図１６に、真ん中のチップ３上の第２の蛍光体層６０を押圧した状態を示す。

第２の蛍光体層６０を加圧しながら光学特性の測定を行い、所望の色度を読み取ったところで第２の蛍光体層６０加圧を停止する。

あるいは、第２の蛍光体層６０の加圧と光取り込みとを別のツールで行い、測定した光学特性に応じて第２の蛍光体層６０の加圧量（隙間６１の大きさ調整量）を決めて第２の蛍光体層６０を加圧した後、再度光学特性測定を行う。

例えば、ステップアンドリピート方式で、ウェーハ内の全チップ３に対して光学特性測定及び隙間６１の調整が行われる。あるいは、ウェーハ内の全チップ３に限らず、選択されたチップ３に対してだけ光学特性測定を行い、ウェーハ内での光学特性の分布を取得し、その分布をもとに隙間６１の調整を行ってもよい。また、光学特性測定及び第２の蛍光体層６０の加圧は、１つのチップ３ごとに限らず、複数チップ３ごとに行ってもよい。

第２の蛍光体層６０における例えば半硬化状態の熱硬化性樹脂が加圧ツール８３の押圧力を受けて変形する。そして、その後、第２の蛍光体層６０を加熱して熱硬化性樹脂を本硬化させることで、所望の大きさ（大きさがゼロも含む）の隙間６１が維持される。

その後、保護フィルム７３を剥離した後、図１７に示すように、発光層１２ａの発光光および蛍光体層３０の波長変換光に対して透明な第２の透明体として例えば透明樹脂６２を隙間６１に充填する。また、透明樹脂６２は、第２の蛍光体層６０上にも設けられ、第２の蛍光体層６０を覆う。また、透明樹脂６２の上面を凹凸加工して光取り出し効率を高めることも可能である。

第２の透明体としての例えば透明樹脂６２は、液状の状態で、例えばスピンコート法、真空印刷法、モールド法などによって隙間６１及び第２の蛍光体層６０上に供給された後、熱硬化される。

なお、第２の透明体は、隙間６１にだけ充填し、第２の蛍光体層６０上には設けなくてもよい。隙間６１に第２の透明体が充填されることで、隙間６１への異物の侵入を防げる。

また、第２の透明体として、蛍光体層６０の透明体に比べて屈折率が低い材料を用いることが好ましい。この場合、第２の透明体の有無による光の取り出し経路の違いが小さくなるため、第２の透明体を充填する前の光学特性によって、第２の透明体が充填された後の最終製品の光学特性を制御することが容易になる。

そして、溝４の位置で、透明樹脂６２、第２の蛍光体層６０、透明樹脂５１、第１の蛍光体層３０、絶縁層１４および樹脂層２５を切断して、図１３に示すように複数の半導体発光装置（図１３では３つの半導体発光装置２ａ〜２ｃを例示）に個片化する。

第２実施形態においても、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。したがって、ダイシング後に、個々の半導体発光装置ごとに、支持体の形成および絶縁材によるチップの保護を行う必要がなく、大幅な生産コストの低減が可能になる。図１３に示す個片化された状態で、すでに半導体層１５の側面が絶縁層１４で覆われて保護されている。

第２実施形態によれば、第２の蛍光体層６０に対する加圧量が大きいほど隙間６１の大きさ（体積）は小さくなる。そして、蛍光体を含まない隙間６１の大きさが大きいほど、第２の蛍光体層６０による波長変換光の割合が相対的に低下する。したがって、隙間６１の大きさ（大きさがゼロも含む）を適切に調整することで、個片化された個々の半導体発光装置は所望の色度を有することができる。

なお、第２実施形態において、隙間を形成して蛍光体層を形成し、その蛍光体層を押圧することで隙間の大きさ調整を行うのは、第１の蛍光体層３０と第２の蛍光体層６０のいずれか一方だけでもよい。

蛍光体層における透明体としては樹脂に限らずガラスを用いることもできる。なお、透明体として溶剤を含まない樹脂を用いると、塗布ガラスよりも硬化時の収縮を抑えることができる。このため、蛍光体層を本硬化させたときに、既に調整された隙間の大きさの変動を抑えて、所望の色度への制御性を高くしやすい。

また、蛍光体層の隙間に充填する（発光層の発光光および蛍光体層の波長変換光に対して透明な）第２の透明体も樹脂に限らず、ガラスを用いることもできる。なお、第２の透明体として溶剤を含まない樹脂を用いると、塗布ガラスよりも硬化時の収縮を抑えることができる。このため、本硬化させたときに、変形を抑えることができ、所望の色度への制御性を高くしやすい。

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。

赤色蛍光体層は、例えば、窒化物系蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。

サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ１ＡｌＳｉ_ｂ１Ｏ_ｃ１Ｎ_ｄ１・・・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。

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。

黄色蛍光体層は、例えば、シリケート系蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕを含有することができる。

緑色蛍光体層は、例えば、ハロ燐酸系蛍光体（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６・Ｃｌ_２：Ｅｕやサイアロン系蛍光体を含有することができる。

サイアロン系蛍光体を用いる場合、特に、
（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ２ＡｌＳｉ_ｂ２Ｏ_ｃ２Ｎ_ｄ２・・・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。

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。

青色蛍光体層は、例えば、酸化物系蛍光体ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕを含有することができる。

実施形態によれば、蛍光体層の透明体は、透明樹脂である。
また、実施形態によれば、蛍光体層の隙間は、蛍光体層を複数のピラー部に分離する溝である。あるいは、蛍光体層の隙間は、蛍光体層中に設けられたホールである。

また、実施形態によれば、蛍光体層は、透明体と、透明体中に分散された蛍光体とを有し、透明体が、加圧によって変形する。
また、実施形態によれば、透明体は、熱硬化性樹脂であり、半硬化状態の熱硬化性樹脂を加圧ツールで押圧して変形させた後、熱硬化性樹脂を硬化させる。
また、実施形態によれば、発光層を発光させて第１の面から放出される光の光学特性を測定する工程を備え、その光学特性に応じて、蛍光体層の加圧量を制御する。
また、実施形態によれば、光学特性を測定しながら同時に蛍光体層を加圧する。
また、実施形態によれば、蛍光体層を加圧ツールで押圧しつつ、加圧ツールを通じて光を測定装置に導く。
また、実施形態によれば、蛍光体層の上面に貼り付けられた、光に対して透明な保護フィルムを介して、加圧ツールで蛍光体層を押圧する。
また、実施形態によれば、第２の面側に、ｐ側電極と電気的に接続されたｐ側外部端子と、ｎ側電極と電気的に接続されたｎ側外部端子とを露出させ、ｐ側外部端子及びｎ側外部端子にプローブを接触させて発光層に電流を供給して発光層を発光させ、光学特性を測定する。
また、実施形態によれば、蛍光体層の隙間における蛍光体層の上端側の上部の幅は、蛍光体層の下端側の底部の幅よりも大きい。
また、実施形態によれば、蛍光体層の隙間に、第２の透明体を充填する工程を備えている。

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。

１ａ〜１ｃ，２ａ〜２ｃ…半導体発光装置、３…チップ、１０…基板、１１…第１の半導体層、１２ａ…発光層、１２…第２の半導体層、１４…絶縁層、１５…半導体層、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、２１…ｐ側配線層、２２…ｎ側配線層、２３…ｐ側金属ピラー、２４…ｎ側金属ピラー、２５…樹脂層、３０，６０…蛍光体層、４１，６１…隙間、５１，６２…透明樹脂、７３…保護フィルム

Claims (5)

1. 第１の面とその反対側の第２の面と発光層とを含む半導体層と、前記第２の面における前記発光層を有する領域に設けられたｐ側電極と、前記第２の面における前記発光層を含まない領域に設けられたｎ側電極とをそれぞれが含む複数のチップと、
   前記チップの前記第１の面上に設けられ、透明体と、前記透明体中に分散された蛍光体とを有する蛍光体層と、
   を備え、
   前記蛍光体層に、前記蛍光体を含まない複数の隙間が設けられ、
   前記複数のチップは、前記隙間の大きさが異なる複数のチップを含む半導体発光装置。
2. 第１の面とその反対側の第２の面と発光層とを含む半導体層と、前記第２の面における前記発光層を有する領域に設けられたｐ側電極と、前記第２の面における前記発光層を含まない領域に設けられたｎ側電極とを含むチップと、
   前記チップの前記第１の面上に設けられ、透明体と、前記透明体中に分散された蛍光体とを有する蛍光体層と、
   を備え、
   前記蛍光体層に、前記蛍光体を含まない複数の隙間が設けられている半導体発光装置。
3. 前記隙間に充填された第２の透明体をさらに備えた請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記第２の透明体の屈折率が、前記蛍光体層の前記透明体の屈折率よりも低い請求項３記載の半導体発光装置。
5. 第１の面とその反対側の第２の面と発光層とを含む半導体層と、前記第２の面における前記発光層を有する領域に設けられたｐ側電極と、前記第２の面における前記発光層を含まない領域に設けられたｎ側電極とをそれぞれが含む複数のチップの前記第１の面上に、複数の隙間を生じさせて蛍光体層を形成する工程と、
   前記蛍光体層を加圧して前記隙間の大きさを変える工程と、
   を備えた半導体発光装置の製造方法。

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