JP2014170902A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高発光特性で高生産性の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、半導体発光装置の製造方法が提供される。本製造方法は、面内に並ぶ複数の素子部と、複数の素子部を保持する樹脂層と、を含む加工体の上に、光透過性樹脂と、光透過性樹脂に分散された複数の粒子と、を含む樹脂液を塗布する。素子部は発光層を含む。樹脂液が塗布された加工体の温度を上昇させた状態で保持して樹脂液中の複数の粒子を沈降させる。樹脂液を硬化させて、粒子の濃度が低い第１部分と、濃度が高い第２部分と、を含む繋ぎ目がない光学層を形成する。光学層と樹脂層とを複数の素子部ごとに分断する。
【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。
例えば、青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子と、蛍光体を含む樹脂と、を組み合わせ、白色光を発する半導体発光装置がある。このような半導体発光装置において、色の均一性や発光効率などの発光特性を向上することとともに、高い生産性を実現することが求められている。
特開２０１０−１１４２１７号公報
本発明の実施形態は、高発光特性で高生産性の半導体発光装置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、半導体発光装置の製造方法が提供される。本製造方法は、第１主面を有し、前記第１主面に対して平行な面内に並ぶ複数の素子部と、前記複数の素子部を保持する樹脂層と、を含む加工体の第１主面の上に、光透過性樹脂と、前記光透過性樹脂に分散され発光層から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して前記第１光の波長とは異なる第２光を放出する複数の粒子と、を含む樹脂液を塗布する。前記複数の素子部のそれぞれは、前記第１主面に対して垂直な第１方向に延びる導電性の第１柱部と、前記第１主面に対して平行な第２方向において前記第１柱部と離間し前記第１方向に延びる導電性の第２柱部と、前記第１柱部の少なくとも一部と対向する第１半導体部分と、前記第２柱部の少なくとも一部と対向する第２半導体部分と、を含む第１導電形の第１半導体層と、前記第２柱部と前記第２半導体部分との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、前記第２半導体部分と前記第２半導体層との間に設けられた前記発光層と、を含む発光部と、を含む。
本製造方法は、前記樹脂液が塗布された前記加工体の温度を第１温度に上昇させた状態で保持して前記樹脂液中の前記複数の粒子を沈降させて、前記樹脂液の表面側の第１領域と、前記第１領域と前記加工体との間に設けられ前記第１領域における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２領域と、を形成することを含む。
本製造方法は、前記第１領域と前記第２領域とが形成された前記加工体の温度を前記第１温度よりも高い第２温度に上昇させて、前記樹脂液を硬化させて、前記第１領域から形成される第１部分と、前記第２領域から形成され前記第１部分における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２部分と、を含み、前記第１部分と前記第２部分との間には繋ぎ目がない光学層を形成することを含む。
本製造方法は、前記光学層及び前記樹脂層とを前記複数の素子部ごとに分断することを含む。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光装置を例示する模式図である。 参考例の半導体発光装置を例示する電子顕微鏡像である。 半導体発光装置の特性を例示するグラフ図である。 第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示するフローチャート図である。 図５（ａ）〜図５（ｅ）は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 半導体発光装置の製造方法に用いられる材料の特性を例示するグラフ図である。 第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示するフローチャート図である。 図８（ａ）〜図８（ｄ）は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法に用いられる処理装置を例示する模式的斜視図である。 第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法に用いられる処理装置の動作を例示する模式図である。
以下に、本発明の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。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光装置を例示する模式図である。
すなわち、図１（ａ）は模式的断面図である。図１（ｂ）は、半導体発光装置の一部を示す電子顕微鏡像である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置１１０は、第１柱部３１と、第２柱部３２と、光学層６０と、発光部１０と、樹脂部５０と、を含む。
第１柱部３１は、第１方向に延び、導電性である。
第１方向をＺ軸方向とする。第１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。
第２柱部３２は、第２方向において第１柱部３１と離間する。第２柱部３２は、Ｚ軸方向に延び、導電性である。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向とされている。
光学層６０は、第１柱部３１及び第２柱部３２と、Ｚ軸方向において離間する。
発光部１０は、第１導電形の第１半導体層１１と、第２導電形の第２半導体層１２と、発光層１３と、を含む。
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。実施形態において、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下の例では、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形とする。
第１半導体層１１は、第１半導体部分１１ａと、第２半導体部分１１ｂと、を含む。第１半導体部分１１ａは、第１柱部３１の少なくとも一部と、光学層６０と、の間に設けられる。第２半導体部分１１ｂは、第２柱部３２と、光学層６０と、の間に設けられる。
第２半導体層１２は、第２柱部３２と第２半導体部分１１ｂとの間に設けられる。発光層１３は、第２半導体部分１１ｂと第２半導体層１２との間に設けられる。
第１半導体層１１、第２半導体層１２及び発光層１３は、例えば窒化物半導体を含む。発光部１０は側面１０ｓを有する。発光部１０の側面１０ｓは、Ｘ−Ｙ平面（第１方向に対して垂直な平面）に対して交差する面である。発光部１０は、第１柱部３１及び第２柱部３２の側の面（第１面１０ａ）と、光学層６０の側の面（第２面１０ｂ）と、を有する。
樹脂部５０は、第１柱部３１のＺ軸方向）に沿う側面３１ｓと、第２柱部３２のＺ軸方向に沿う側面３２ｓと、発光部１０の側面１０ｓと、を覆う。樹脂部５０は、発光部１０の第１柱部３１及び第２柱部３２の側の面（第１面１０ａ）をさらに覆う。
この例では、第１電極４１と、第２電極４２と、がさらに設けられている。第１電極４１は、第１半導体層１１の第１半導体部分１１ａと第１柱部３１との間において、第１半導体部分１１ａに接している。第２電極４２は、第２半導体層１２と第２柱部３２との間において、第２半導体層１２に接している。
この例では、第１柱部３１は、第１金属柱３１ａと第１金属層３１ｂとを含む。第１金属層３１ｂは、第１金属柱３１ａと第１電極４１との間に配置されている。第１金属層３１ｂは、第１電極４１と接している。第２柱部３２は、第２金属柱３２ａと第２金属層３２ｂとを含む。第２金属層３２ｂは、第２金属柱３２ａと第２電極４２との間に配置されている。第２金属層３２ｂは、第２電極４２と接している。
この例では、絶縁層５１がさらに設けられている。そして、絶縁層５１は、発光部１０の第１面１０ａを覆う。すなわち、樹脂部５０は、絶縁層５１を介して、発光部１０の第１面１０ａを覆う。絶縁層５１は、第１金属層３１ｂの一部と、第２電極４２の一部と、の間に設けられている。これにより、第１柱部３１をＸ−Ｙ平面で切断したときのサイズは、第１電極４１のサイズよりも大きくされている。すなわち、第１柱部３１の太さは太い。これにより、第１柱部３１を介した高い熱伝導性が得られる。
この例では、第１接続部材３１ｃと、第２接続部材３２ｃと、がさらに設けられている。第１接続部材３１ｃと第１電極４１との間に第１柱部３１が配置される。第２接続部材３２ｃと第２電極４２との間に第２柱部３２が配置される。第１接続部材３１ｃ及び第２接続部材３２ｃには、例えば、はんだボールなどが用いられる。
第１接続部材３１ｃ、第１柱部３１、第１電極４１、第２接続部材３２ｃ、第２柱部３２及び第２電極４２を介して、発光部１０に電流が供給され、発光層１３から光（第１光）が放出される。第１光は、例えば青色光である。
光学層６０は、光透過性樹脂６３と、複数の粒子６４と、を含む。複数の粒子６４は、光透過性樹脂６３に分散される。複数の粒子６４は、発光層１３から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して、第１光の波長（例えばピーク波長）とは異なる波長（例えばピーク波長）を有する第２光を放出する。例えば、第２光の第２ピーク波長は、第１光の第１ピーク波長よりも長い。例えば、第１光が青色であり、第２光は、緑色光、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。例えば、第１光と第２光とが混合された光は、白色光である。
複数の粒子６４には、例えば、蛍光体が用いられる。光透過性樹脂６３には、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、及び、エポキシ系樹脂の少なくともいずれかが用いられる。
光学層６０は、光透過性樹脂６３に分散された複数のフィラー６５をさらに含んでも良い。フィラー６５には、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム及び酸化チタンの少なくともいずれかを用いることができる。
図１（ｂ）は、光学層６０の部分の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。図１（ｂ）に例示したように、本実施形態においては、光学層６０において、粒子６４の濃度分布が設けられている。すなわち、光学層６０の第１半導体層１１の側の部分においては、粒子６４の濃度は高く、光学層６０の表面側の部分においては、粒子６４の濃度は低い。
すなわち、光学層６０は、第１部分６１と、第２部分６２と、を含む。第２部分６２は、第１部分６１と第１半導体層１１との間に設けられる。第２部分６２は、第１部分６１における粒子６４の濃度よりも高い濃度で、粒子６４を含む。
例えば、第１部分６１における粒子６４の濃度は、５％以下である。第１部分６１における粒子６４の濃度が、実質的に０％である部分があっても良い。第２部分６２における粒子６４の濃度は、４０％以上９５％以下である。
第１部分６１の厚さｔ１は、例えば、２０マイクロメートル（μｍ）以上１００μｍ以下である。
第２部分６２の厚さｔ２は、例えば、４０マイクロメートル（μｍ）以上２００μｍｍ以下である。厚さｔ２は、例えば、７０μｍ以上８０μｍ以下でも良い。
そして、本実施形態においては、第１部分６１と第２部分６２との間には繋ぎ目がない。すなわち、シームレスである。
これにより、以下に説明するように、高発光特性で高生産性の半導体発光装置が提供できる。
図２は、参考例の半導体発光装置を例示する電子顕微鏡像である。
図２は、参考例の半導体発光装置１１９（構造は図示しない）における光学層６０の断面ＳＥＭ像である。図２に示したように、参考例においては、光学層６０において、粒子６４の濃度は一定であり、濃度分布が設けられていない。光学層６０全体の厚さは、実施形態に係る半導体発光装置１１０の光学層６０の厚さとほぼ同じである。
参考例の半導体発光装置１１９においては、光学層６０の表面に、粒子６４の一部が、露出する。このため、光学層６０の表面の平滑性が低い。このため、半導体発光装置１１９を実装部材の上に実装する製造工程において、例えば、吸着治具により光学層６０の表面を吸着するときに、吸着が不十分になり、生産性が低下し易い。
これに対して、実施形態に係る半導体発光装置１１０においては、粒子６４は、光学層６０のうちの第２部分６２に局在しており、第１部分６１における粒子６４の濃度は低い。このため、光学層６０の表面の平滑性は高い。これにより、半導体発光装置１１０を実装部材の上に実装する製造工程において、光学層６０の表面を吸着するときに、安定した吸着が実現でき、高い生産性が得られる。
さらに、参考例の半導体発光装置１１９においては、光学層６０の厚さ方向の全体において、粒子６４が分散されている。これにより、以下に説明するように、光の出射方向によって、色が変化する現象が生じる。
図３は、半導体発光装置の特性を例示するグラフ図である。
図３は、上記の半導体発光装置１１０及び１１９の、光の色特性を例示している。横軸は、Ｚ軸方向からの角度θ（度）である。縦軸は、ＣＩＥ色度座標におけるＹ値Ｃｙである。この例では、第１光が青色光であり、第２光が黄色光である。
図３から分かるように、正面方向（角度θが０度）においては、いずれの半導体発光装置においても、白色光が得られる。しかしながら、角度θが大きくなり、斜めに出射する光に関しては、これらの半導体発光装置において、色特性が大きく異なる。すなわち、半導体発光装置１１９においては、斜め方向では、黄色光となる。この現象をイエローリングと呼ぶ場合がある。この現象は、角度θの増大と共に、粒子６４が分散されている領域における光路が長くなることにより生じる。この現象は、光学層６０の厚さ方向の全体に渡って粒子６４が分散され、粒子６４が分散されている領域の厚いと、顕著になる。
これに対して、図３から分かるように、実施形態に係る半導体発光装置１１０においては、角度θが大きくなり、斜め方向においても、色の変化は小さい。すなわち、斜め方向においても白色光が得られる。イエローリングの発生が抑制される。このように、実施形態においては、色の均一性が向上できる。
実施形態において、第２部分６２の厚さｔ２を、４０μｍ以上２００μｍｍ以下にすることで、色の均一性がより高められる。さらに、厚さｔ２を、７０μｍ以上８０μｍ以下とすることで、良好な明るさと、良好な発光効率と、色の均一性と、が良好に得られる。
以下のような別の参考例も考えられる。すなわち、第１半導体層１１の上に、粒子６４の濃度が高い蛍光体層を形成し、その上に、粒子６４の濃度が低い（例えば粒子６４を含まない）樹脂層と、を形成して、光学層６０を形成する構成がある。この場合には、光学層６０の表面を平滑にできる。しかしながら、蛍光体層と、樹脂層と、の間には繋ぎ目が形成される。この場合には、蛍光体層と樹脂層との間の繋ぎ目（界面）において、光が反射または吸収され、光の損失が生じる。このため、光取り出し効率が低く、高い発光効率が得られない。
これに対して、本実施形態においては、第１部分６１と第２部分６２との間には繋ぎ目がなく、シームレスである。これにより、光の損失が抑制できる。
このように、本実施形態においては、粒子６４が第２部分６２に局在しており、光学層６０の表面が平滑であるため、高い生産性が得られる。さらに、粒子６４が分散されている領域（第２部分６２）の厚さｔ２が薄いため、イエローリングなどの色むらが抑制でき、色の均一性が高い。そして、シームレスであることにより、光の損失が抑制でき、発光効率が高い。本実施形態によれば、高発光特性で高生産性の半導体発光装置が提供できる。
カップ状の実装部品に半導体発光素子を実装し、半導体発光素子の上に蛍光体樹脂を塗布する構成があるが、この場合には、カップ状の実装部品の内側壁で光が反射されて上方に出射されるため、イエローリングの現象は生じない。イエローリングの現象は、このような実装部品を用いない構成に特有に生じる現象である。
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態に係る半導体発光装置１１０の製造方法に係る。本実施形態においては、粒子６４の濃度分布の形成に、重力が用いられる。
図４は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図５（ａ）〜図５（ｅ）は、第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図４に表したように、本製造方法においては、加工体の上に樹脂液を塗布する（ステップＳ１１０）。以下、加工体について説明する。
例えば、図５（ａ）に表したように、成長用基板５の上に、発光部１０となる半導体層がエピタキシャル成長され、半導体層が所定の形状に加工され、さらに、第１柱部３１、第２柱部３２及び樹脂層５５が形成される。これにより、複数の素子部２１０が形成される。この成長用基板５は、第１柱部３１、第２柱部３２及び樹脂層５５の形成の後に除去される。成長用基板５が除去された部分を、加工体３１０とする。加工体３１０は、第１主面３１０ａを有する。第１主面３１０ａは、成長用基板５側の面である。
複数の素子部２１０のそれぞれは、導電性の第１柱部３１と、導電性の第２柱部３２と、発光部１０と、を含む。第１柱部３１は第１方向（例えばＺ軸方向）に延びる。第１方向は、第１主面３１０ａに対して垂直である。第２柱部３２は、第２方向（例えばＸ軸方向）において第１柱部３１と離間し、第１方向に延びる。第２方向は、第１主面３１０ａに対して平行な方向であり、すなわち、第１方向と交差する方向である。
発光部１０は、第１導電形の第１半導体層１１と、第２導電形の第２半導体層１２と、発光層１３と、を含む。第１半導体層１１は、第１柱部３１の少なくとも一部と対向する第１半導体部分１１ａと、第２柱部３２の少なくとも一部と対向する第２半導体部分１１ｂと、を含む。第１半導体層１１は、成長用基板５が除去されたときに、第１主面３１０ａにおいて露出する。第２半導体層１２は、第２柱部３２と第２半導体部分１１ｂとの間に設けられ。発光層１３は、第２半導体部分１１ｂと第２半導体層１２との間に設けられる。
このような複数の素子部２１０が加工体３１０に設けられる。すなわち、加工体３１０は、第１主面３１０ａを有しており、第１主面３１０ａに平行な面（Ｘ−Ｙ平面）内に並ぶ複数の素子部２１０と、複数の素子部２１０を保持する樹脂層５５と、を含む。後述するように、複数の素子部２１０のそれぞれは、半導体発光装置１１０の一部となる。樹脂層５５は、分断されることにより、樹脂部５０となる。
図５（ｂ）に表したように、このような加工体３１０の第１主面３１０ａの上に、樹脂液６８を塗布する。樹脂液６８は、光透過性樹脂６３と、光透過性樹脂６３に分散された複数の粒子６４と、を含む。粒子６４は、発光層１３から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して第１光の波長とは異なる第２光を放出する。樹脂液６８は、さらに、複数のフィラー６５を含んでも良い。樹脂液６８が塗布されたときには、樹脂液６８中において、粒子６４は均一に分散されている。
塗布前の樹脂液６８において、樹脂液６８中で粒子が沈降し易いと、樹脂液６８中での粒子６４の濃度が不均一になり、樹脂液６８を塗布したときに、粒子６４の濃度が不均一になる。また、製造工程において、加工体３１０ごとにおいて、粒子６４の濃度が不均一になる。このため、塗布前の樹脂液６８においては、樹脂液６８中で粒子は沈降し難いことが好ましい。このため、塗布直後の樹脂液６８においても、粒子６４は均一に分散されている。
図４及び図５（ｃ）に表したように、複数の粒子６４を沈降させて、第１領域６１ａと、第２領域６２ａと、を形成する（ステップＳ１２０）。第１領域６１ａは、樹脂液６８の表面側の領域である。第２領域６２ａは、第１領域６１ａと加工体３１０との間に設けられる領域である。第２領域６２ａは、第１領域６１ａにおける粒子６４の濃度よりも高い濃度で粒子６４を含む。
ステップＳ１２０においては、例えば、樹脂液６８が塗布された加工体３１０の温度を第１温度に上昇させた状態で保持して、樹脂液６８中の複数の粒子６４を沈降させる。
図６は、半導体発光装置の製造方法に用いられる材料の特性を例示するグラフ図である。
図６は、樹脂液６８の特性を例示している。この例では、２種類の樹脂液６８の特性が例示されている。第１樹脂６８ａは、本実施形態に用いられる樹脂液６８である。第２樹脂６８ｂは、第１樹脂６８ａとは異なる樹脂液である。横軸は、所定の温度（第１温度）における保持時間ｔである。縦軸は、樹脂液の粘度ηである。樹脂液には熱硬化性の樹脂が用いられる。
図６に表したように、第２樹脂６８ｂにおいては、所定の温度（第１温度）に保持したときに、保持時間ｔの経過とともに、粘度ηが単調に上昇する。この現象は、樹脂の熱による硬化に対応する。
これに対して、第１樹脂６８ａにおいては、所定の温度（第１温度）における保持時間ｔが経過すると、一度、粘度ηが低下し、その後上昇する。第１樹脂６８ａにおいては、保持時間ｔの経過により、第１樹脂６８ａの硬化が実質的に進まないで、高温での粘度ηの低下が生じる。そして、粘度ηの低下の後に、第１樹脂６８ａの硬化が進む。
このような特性を有する樹脂液６８（第１樹脂６８ａ）を用いることで、樹脂液６８中での粒子６４の沈降が短時間で実施できる。
例えば、第２樹脂６８ｂを用いる場合には、所定の温度（第１温度）に上昇させると、硬化が進むため、粒子６４の沈降は、硬化が進まない低い温度（例えば室温）で行われる。このような低い温度での沈降には、例えば２４時間程度の時間が必要となる。
これに対して、本実施形態においては、室温よりも高い所定の温度（第１温度）において保持することで、粒子６４の沈降は、例えば、０．５時間〜５時間程度の短い時間で完了する。
このようにして、樹脂液６８の表面側の第１領域６１ａと、第１領域６１ａと加工体３１０との間に設けられる第２領域６２ａと、が形成される。第２領域６２ａは、第１領域６１ａにおける粒子６４の濃度よりも高い濃度で、粒子６４を含む。例えば、第１樹脂６８ａを用いることで、粒子６４の濃度が低い第１領域６１ａと、粒子６４の濃度が高い第２領域６２ａと、が短時間で形成できる。
図４及び図５（ｄ）に表したように、第１領域６１ａと第２領域６２ａとが形成された加工体３１０の温度を、第１温度よりも高い第２温度に上昇させて、樹脂液６８を硬化させて、光学層６０を形成する（ステップＳ１３０）。光学層６０は、第１領域６１ａから形成される第１部分６１と、第２領域６２ａから形成される第２部分６２と、を含む。第２部分６２は、第１部分６１における粒子６４の濃度よりも高い濃度で、粒子６４を含む。第１部分６１と第２部分６２との間には繋ぎ目がなく、シームレスである。
図４及び図５（ｅ）に表したように、光学層６０及び樹脂層５５を、複数の素子部ごとに分断する（ステップＳ１４０）。樹脂層５５から樹脂部５０が形成される。
これにより、複数の半導体発光装置１１０が形成できる。
本実施形態によれば、高発光特性で高生産性の半導体発光装置の製造方法を提供できる。本実施形態においては、上記のような第１温度での保持による粒子６４の沈降と、第１温度よりも高い第２温度での樹脂液６８の硬化と、の２段階の処理を行うことで、高い生産性で半導体発光装置を製造できる。
既に説明したように、塗布前の、例えば室温での樹脂液６８においては、樹脂液６８中で粒子が沈降し難いように設計される。本実施形態においては、塗布時の温度（例えば室温）においては、樹脂液６８の粘度が高く、塗布後に行われる沈降の第１温度（塗布時の温度よりも高温）において樹脂液６８の粘度が低下するように設計される。第１温度においては、粒子６４が沈降するまでの時間では、樹脂液６８の硬化が実質的に進行しない。そして、沈降の後に実施される、第１温度よりも高温の第２温度において、樹脂液６８の硬化が行われる。
これにより、塗布時においては粒子６４の濃度が安定して得られ、かつ、沈降が短時間で完了できる。生産性の高い製造方法が提供できる。
（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態に係る半導体発光装置１１０の別の製造方法に係る。本実施形態においては、粒子６４の濃度分布の形成に、遠心力が用いられる。
図７は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）に表したように、加工体３１０の第１主面３１０ａの上に、第１主面３１０ａの縁３１０ｒに沿う構造体３２０を形成する（ステップＳ１０５）。加工体３１０は、第２の実施形態に関して説明したのと同様なので、説明を省略する。
この例では、構造体３２０として、開口部が設けられた枠が用いられる。枠を加工体３１０に被せる。枠の開口部から、加工体３１０の第１主面３１０ａの縁３１０ｒを除く部分が露出する。
図７及び図８（ｂ）に表したように、第１主面３１０ａの構造体３２０で囲まれた領域に、樹脂液６８を塗布する（ステップＳ１１０）。樹脂液６８は、光透過性樹脂６３と、光透過性樹脂６３に分散された複数の粒子６４と、を含む。この例では、樹脂液６８は、複数のフィラー６５をさらに含む。
この状態では、図８（ｃ）に表したように、塗布された樹脂液６８において、粒子６４は均一に分散されている。すなわち、樹脂液６８における粒子６４の濃度に分布が形成されていない。塗布直後の樹脂液６８において、粒子６４が均一に分散されるように樹脂液６８は設計される。これにより、粒子６４の均一な濃度の塗布が実施でき、異なる加工体３１０における粒子６４の濃度も均一にできる。
図７及び図８（ｄ）に表したように、樹脂液６８の表面側の第１領域６１ａと、第１領域６１ａと加工体３１０との間に設けられる第２領域６２ａと、を形成する（ステップＳ１２０）。第２領域６２ａは、第１領域６１ａにおける粒子６４の濃度よりも高い濃度で、粒子６４を含む。この例では、第１領域６１ａ及び第２領域６２ａの形成に、遠心力が用いられる。構造体３２０で囲まれた領域に塗布された樹脂液６８、加工体３１０及び構造体３２０を含む処理体３４０が回転され、処理体３４０に遠心力が加えられる。
図９は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法に用いられる処理装置を例示する模式的斜視図である。
図１０は、第３の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法に用いられる処理装置の動作を例示する模式図である。
図９に表したように、処理装置３３０は、回転部３３１と、回転部３３１から放射状に延出するアーム３３２と、アーム３３２に保持された処理体搭載部３３３と、を含む。
図１０に表したように、回転部３３１が回転していない状態において、処理体搭載部３３３の上に処理体３４０を配置する。この状態においては、処理体３４０（の第１主面３１０ａ）は、水平状態（回転部３３１の軸に対して垂直）である。回転部３３１を回転させると、回転により生じる遠心力３５０により、処理体搭載部３３３及び処理体３４０は、垂直（回転部３３１の軸に対して平行）に近い状態になる。この回転による遠心力３５０が、処理体３４０の樹脂液６８に作用する。遠心力３５０により、樹脂液６８中を粒子６４が移動して、粒子６４の濃度が低い第１領域６１ａと、粒子６４の濃度が高い第２領域６２ａと、が形成される。
このように、この例では、樹脂液６８が塗布された加工体３１０に遠心力を加えて、樹脂液６８中の複数の粒子６４の分布を変化させる。これにより、上記の第１領域６１ａと、第２領域６２ａと、が短時間で形成できる。
この方法においては、例えば、樹脂液６８の特性の範囲が広がる。粒子６４の濃度分布の形成に、所望の強さの遠心力を用いることができるので、例えば、粒子６４がより移動し難い樹脂液６８を用いることができる。これにより、例えば、塗布前の樹脂液６８中における粒子６４の濃度の安定性がより高まる。そして、温度に対する粘度の変化に関しても、より広い範囲の特性の材料が使用できる。このため、例えば、他の特性（例えば、光学特性、信頼性、加工性など）をより高めることができる。
このようにして、第１領域６１ａ及び第２領域６２ａを形成した後、図７に例示したように、樹脂液６８を硬化させて、光学層６０を形成する（ステップＳ１３０）。すなわち、図５（ｄ）に関して説明した処理を行う。光学層６０は、第１領域６１ａから形成される第１部分６１と、第２領域６２ａから形成される第２部分６２と、を含む。この場合も、第２部分６２は、第１部分６１における粒子６４の濃度よりも高い濃度で粒子６４を含む。そして、第１部分６１と第２部分６２との間には、繋ぎ目がなく、シームレスである。
その後、図７に表したように、光学層６０及び樹脂層５５を複数の素子部２１０ごとに分断する（ステップＳ１４０)。すなわち、図５（ｅ）に関して説明した処理を行う。これにより、複数の半導体発光装置１１０が形成できる。
本実施形態によれば、高発光特性で高生産性の半導体発光装置の製造方法を提供できる。本実施形態においては、遠心力を用いることにより、より高い生産性で、半導体発光装置を製造できる。さらに、樹脂液６８に、広い範囲の特性の材料が使用できるため、種々の特性をより向上できる。
カップ状の実装部品に半導体発光素子を実装し、半導体発光素子の上に蛍光体樹脂を塗布する構成において、蛍光体樹脂中の蛍光体粒子の濃度に分布を形成する方法が考えられる。この構成においては、カップ状の実装部品の壁面、及び、半導体発光素子に接続される配線などにより、蛍光体粒子の濃度が高い部分の厚さを均一にすることは困難である。これに対して、実施形態においては、成長用基板５が除去されて平坦な加工体３１０の上に、樹脂液６８を塗布し、その後に、粒子６４の濃度分布を形成する。このため、実施形態においては、粒子６４の濃度が高い部分、及び、濃度が低い部分、のそれぞれの厚さを均一にでき、しかも、それらの部分をシームレスに形成できる。
以下、実施形態における材料の例について説明する。
第１柱部３１（例えば第１金属柱３１ａ及び第１金属層３１ｂ）、及び、第２柱部３２（例えば第２金属柱３２ａ及び第２金属層３２ｂ）には、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、及び、Ａｌ（アルミニウム）などを用いることができる。
樹脂部５０には、例えば、エポキシ樹脂、または、ポリイミド樹脂などが用いられる。
光透過性樹脂６３には、例えば、シリコーン樹脂などを用いることができる。光透過性樹脂６３には、例えば、屈折率が約１．５のメチルフェニルシリコーンが用いられる。
粒子６４は、例えば、赤色の蛍光体、緑色の蛍光体、青色の蛍光体、及び、黄色の蛍光体の少なくともいずれかを用いることができる。
赤色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる赤色の蛍光体は、これに限定されない。
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋顔料、
Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、
Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３、
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）２Ｏ３、
ＹＶＯ４：Ｅｕ、
Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、
ＬａＳｉ３Ｎ５：Ｅｕ２＋、
α−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ２＋、
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、
ＣａＳｉＮＸ：Ｅｕ２＋、
ＣａＳｉＮＸ：Ｃｅ２＋、
Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、
（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕＸ＋、
Ｓｒｘ（ＳｉｙＡｌ３）ｚ（ＯｘＮ）：ＥｕＸ＋ 。
緑色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる緑色の蛍光体は、これに限定されない。
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋顔料、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，＋顔料、
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、
Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、
Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、
ＺｎＳ：Ｃｕ、
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ２Ｏ３、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、
（Ｚｎ，Ｍｎ）２ＳｉＯ４、
ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ２Ｏ３：Ｍｎ、
ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、
ＺｎＳ：Ｃｕ、
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ２Ｏ３、
Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ，Ｔｂ、
ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ、
ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、
（ＢｒＳｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ、
α−ｓｉａｌｏｎ：Ｙｂ２＋、
β−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ２＋、
（ＳｒＢａ）ＹＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、
（ＣａＳｒ）Ｓｉ２Ｏ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、
Ｓｒ（ＳｉＡｌ）（ＯＮ）：Ｃｅ 。
青色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる青色の蛍光体はこれに限定されない。
ＺｎＳ：Ａｇ、
ＺｎＳ：Ａｇ＋顔料、
ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３、
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７、
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、
Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ４・Ｃｌ２、
ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ 。
黄色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光体はこれに限定されない。
Ｌｉ（Ｅｕ，Ｓｍ）Ｗ２Ｏ８、
（Ｙ，Ｇｄ）３，（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、
Ｌｉ２ＳｒＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、
（Ｓｒ（Ｃａ，Ｂａ））３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、
ＳｒＳｉ２ＯＮ２．７：Ｅｕ２＋ 。
実施形態によれば、高発光特性で高生産性の半導体発光装置及びその製造方法を提供できる。
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や、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれか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、本発明の実施の形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光装置に含まれる柱部、光学層、発光部、半導体層、発光層、樹脂部、樹脂層、光透過性樹脂、粒子、フィラー、樹脂液、金属柱、金属層、及び、電極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装置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装置及びその製造方法も、本発明の実施の形態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。
５…成長用基板、 １０…発光部、 １０ａ…第１面、 １０ｂ…第２面、 １０ｓ…側面、 １１…第１半導体層、 １１ａ…第１半導体部分、 １１ｂ…第２半導体部分、 １２…第２半導体層、 １３…発光層、 ３１…第１柱部、 ３１ａ…第１金属柱、 ３１ｂ…第１金属層、 ３１ｃ…第１接続部材、 ３１ｓ…側面、 ３２…第２柱部、 ３２ａ…第２金属柱、 ３２ｂ…第２金属層、 ３２ｃ…第２接続部材、 ３２ｓ…側面、 ４１…第１電極、 ４２…第２電極、 ５０…樹脂部、 ５１…絶縁層、 ５５…樹脂層、 ６０…光学層、 ６１…第１部分、 ６１ａ…第１領域、 ６２…第２部分、 ６２ａ…第２領域、 ６３…光透過性樹脂、 ６４…粒子、 ６５…フィラー、 ６８…樹脂液、 ６８ａ…第１樹脂、 ６８ｂ…第２樹脂、 η…粘度、 θ…角度、 １１０、１１９…半導体発光装置、 ２１０…素子部、 ３１０…加工体、 ３１０ａ…第１主面、 ３１０ｒ…外縁、 ３２０…構造体、 ３３０…処理装置、 ３３１…回転部、 ３３２…アーム、 ３３３…処理体搭載部、 ３４０…処理体、 ３５０…遠心力、 Ｃｙ…Ｙ値、 ｔ…時間、 ｔ１、ｔ２…厚さ

Claims (5)

  1. 第１主面を有し、前記第１主面に対して平行な面内に並ぶ複数の素子部と、前記複数の素子部を保持する樹脂層と、を含む加工体であって、
    前記複数の素子部のそれぞれは、
    前記第１主面に対して垂直な第１方向に延びる導電性の第１柱部と、
    前記第１主面に対して平行な第２方向において前記第１柱部と離間し前記第１方向に延びる導電性の第２柱部と、
    前記第１柱部の少なくとも一部と対向する第１半導体部分と、前記第２柱部の少なくとも一部と対向する第２半導体部分と、を含む第１導電形の第１半導体層と、
    前記第２柱部と前記第２半導体部分との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
    前記第２半導体部分と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
    を含む発光部と、
    を含む加工体の前記第１主面の上に、光透過性樹脂と、前記光透過性樹脂に分散され前記発光層から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して前記第１光の波長とは異なる第２光を放出する複数の粒子と、を含む樹脂液を塗布し、
    前記樹脂液が塗布された前記加工体の温度を第１温度に上昇させた状態で保持して前記樹脂液中の前記複数の粒子を沈降させて、前記樹脂液の表面側の第１領域と、前記第１領域と前記加工体との間に設けられ前記第１領域における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２領域と、を形成し、
    前記第１領域と前記第２領域とが形成された前記加工体の温度を前記第１温度よりも高い第２温度に上昇させて、前記樹脂液を硬化させて、前記第１領域から形成される第１部分と、前記第２領域から形成され前記第１部分における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２部分と、を含み、前記第１部分と前記第２部分との間には繋ぎ目がない光学層を形成し、
    前記光学層及び前記樹脂層を前記複数の素子部ごとに分断する半導体発光装置の製造方法。
  2. 第１主面を有し、前記第１主面に平行な面内に並ぶ複数の素子部と、前記複数の素子部を保持する樹脂層と、を含む加工体であって、
    前記複数の素子部のそれぞれは、
    前記第１主面に対して垂直な第１方向に延びる導電性の第１柱部と、
    前記第１主面に対して平行な第２方向において前記第１柱部と離間し前記第１方向に延びる導電性の第２柱部と、
    前記第１柱部の少なくとも一部と対向する第１半導体部分と、前記第２柱部の少なくとも一部と対向する第２半導体部分と、を含む第１導電形の第１半導体層と、
    前記第２柱部と前記第２半導体部分との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
    前記第２半導体部分と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
    を含む発光部と、
    を含む加工体の前記第１主面の上に、前記第１主面の縁に沿う構造体を配置し、
    前記第１主面の前記構造体で囲まれた領域の上に、光透過性樹脂と、前記光透過性樹脂に分散され前記発光層から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して前記第１光の波長とは異なる第２光を放出する複数の粒子と、を含む樹脂液を塗布し、
    前記樹脂液が塗布された前記加工体に遠心力を加えて、前記樹脂液中の前記複数の粒子の分布を変化させて、前記樹脂液の表面側の第１領域と、前記第１領域と前記加工体との間に設けられ前記第１領域における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２領域と、を形成し、
    前記樹脂液を硬化させて、前記第１領域から形成される第１部分と、前記第２領域から形成され前記第１部分における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２部分と、を含み、前記第１部分と前記第２部分との間には繋ぎ目がない光学層を形成し、
    前記光学層及び前記樹脂層を前記複数の素子部ごとに分断する半導体発光装置の製造方法。
  3. 前記第２部分の厚さは、２００マイクロメートル以下である請求項１または２に記載の半導体発光装置の製造方法。
  4. 第１方向に延びる導電性の第１柱部と、
    前記第１方向に対して交差する第２方向において前記第１柱部と離間し前記第１方向に延びる導電性の第２柱部と、
    前記第１柱部及び前記第２柱部と前記第１方向において離間する光学層と、
    前記第１柱部の少なくとも一部と前記光学層との間に設けられた第１半導体部分と、
    前記第２柱部と前記光学層との間に設けられた第２半導体部分と、
    を含む第１導電形の第１半導体層と、
    前記第２柱部と前記第２半導体部分との間に設けられた第２導電形の第２半導体層と、
    前記第２半導体部分と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、
    を含む発光部と、
    前記第１柱部の前記第１方向に沿う側面と、前記第２柱部の前記第１方向に沿う側面と、前記発光部の側面と、前記発光部の前記第１柱部及び前記第２柱部の側の面と、を覆う樹脂部と、
    を備え、
    前記光学層は、光透過性樹脂と、前記光透過性樹脂に分散され前記発光層から放出される第１光の少なくとも一部を吸収して前記第１光の波長とは異なる第２光を放出する複数の粒子と、を含み、
    前記光学層は、第１部分と、前記第１部分と前記第１半導体層との間に設けられ前記第１部分における前記粒子の濃度よりも高い濃度で前記粒子を含む第２部分と、を含み、
    前記第１部分と前記第２部分との間には繋ぎ目がない半導体発光装置。
  5. 前記第２部分の厚さは、２００マイクロメートル以下である請求項４記載の半導体発光装置。
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