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JP6256026B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

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JP6256026B2 JP2014006877A JP2014006877A JP6256026B2 JP 6256026 B2 JP6256026 B2 JP 6256026B2 JP 2014006877 A JP2014006877 A JP 2014006877A JP 2014006877 A JP2014006877 A JP 2014006877A JP 6256026 B2 JP6256026 B2 JP 6256026B2
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05644Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05647Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/05638Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05655Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05664Palladium [Pd] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05666Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05669Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/05663Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05671Chromium [Cr] as principal constituent
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    • H01L2224/05673Rhodium [Rh] as principal constituent
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    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
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Description

本発明は、半導体発光素子と内部配線を有する樹脂層とを備える発光装置に関する。
発光ダイオード等の半導体発光素子(発光素子)を用いた発光装置は小型化が容易で、かつ高い発光効率が得られることから広く用いられている。
例えば、携帯電話等の液晶ディスプレイのバックライトに適した発光装置が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された発光装置は、発光素子と、発光素子が電気的に接続されたリードフレームと、正面に開口を有し、リードフレームの一部を底面から突出させた樹脂からなるパッケージとから構成され、樹脂パッケージから突出したリードフレーム部で実装基板と接合される。
特許文献1に記載の発光装置のように、フェイスアップ型の発光素子をリードフレーム等にマウントし、発光素子とリードフレームとの間をボンディングワイヤ等により接続すると、発光素子の表面に垂直な方向から観察した場合に、ボンディングワイヤの一部が発光素子よりも外側に位置する必要があり小型化に限界があった。また、リードフレームを用いてパッケージ化すること自体により、発光装置の小型化に限界があった。
一方、フェイスダウン型(フリップチップ型の形態を取ることが多い)では、発光素子の表面に設けたパッド電極と、実装基板上に設けた配線とを、実装基板の表面に垂直な方向から観察した場合に発光素子の内側に位置するバンプ又は金属ピラー等の接続手段により電気的に接続することが可能である。
これにより、発光装置のサイズ(とりわけ実装基板の基板面に垂直な方向から観察したサイズ)を発光素子のチップに近いレベルまで小型化したCSP(Chip Size Package又はChip Scale Package)を実現することができる。
そして、最近ではより一層の小型化を進めるため、又は発光効率をより高めるために、サファイア等の成長基板(透光性基板)を除去、又はその厚さを薄くしたフェイスダウン型の発光装置が用いられている。
成長基板は、その上に発光素子を構成するn型半導体層及びp型半導体層を成長させるために用いる基板であって、厚さが薄く強度の低い発光素子を支持することにより発光装置の強度を向上させる効果も有している。
このため、例えば、特許文献2に示されるように、発光素子を形成した後に、成長基板を除去した発光装置又は成長基板の厚さを薄くした発光装置では、発光素子を支持するために電極側(実装基板と対向する側)に樹脂層を設けるとともに、この樹脂層を貫く金属ピラーを形成して、この金属ピラーにより発光素子の電極と実装基板に設けた配線(配線層)とを電気的に接続している。
そして、この金属ピラーを含む樹脂層を有することで発光装置は十分な強度を確保することができる。また、CSPは、複数個をウエハ上でまとめて形成するウエハレベルでの製造(WCSP)に適しており、小型化とともに生産性にも優れるものである。
特開2008−198807号公報 特開2010−141176号公報
ここで、液晶ディスプレイ等のバックライト用光源として用いられる発光装置には、バックライト用導光板における光の入射面に対して、発光装置の実装面が平行となるトップビュー型と、実装面が導光板の入射面に対して垂直となるサイドビュー型との2種類の実装形態がある。
特許文献2に記載された発光装置のようなCSPをウエハレベルで作製する場合は、発光素子の裏面側に樹脂層を介して外部接続用の電極が設けられるため、トップビュー型の発光装置となる。
一方、サイドビュー型の発光装置は、例えば、特許文献1に記載の発光装置のように、サイドビュー型実装が可能なように形成されたリードフレームを用いてパッケージ化することで作製することができる。この場合は、前記したように小型化に限界がある。
また、特許文献2に記載の発光装置にように、CSPとして形成する場合は、ウエハレベルで作製したCSPを個片化し、個片化の際の割断面として生成されるCSPの側面に外部接続用の電極を形成する必要がある。そのため、個片化後の工程はウエハレベルとはならず、ウエハレベルによるCSPでサイドビュー型実装を可能とすることは難しかった。
そこで本発明は、サイドビュー型実装が可能で、ウエハレベルによる製造が可能なCSP型の発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するために、本発明に係る発光装置の製造方法は、p型半導体層及びn型半導体層を積層してなる半導体積層体を有し、前記半導体積層体の一方の面に、前記p型半導体層と電気的に接続されるp側電極及び前記n型半導体層と電気的に接続されるn側電極を有する半導体発光素子を備える発光装置の製造方法であって、成長基板上に複数の前記半導体発光素子が配列して形成されたウエハを準備する発光素子準備工程と、前記半導体積層体の一方の面側に、前記p側電極と接続するp側内部配線と、前記n側電極と接続するn側内部配線とを内部に有する樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記複数の半導体発光素子間の境界領域において、前記樹脂層の上面側から前記樹脂層の厚さ方向の一部又は全部を、除去される前記樹脂層の範囲の前記p側内部配線及び前記n側内部配線とともに除去することにより、前記p側内部配線及び前記n側内部配線を露出させる内部配線露出工程と、前記p側内部配線の露出部と電気的に接続するp側外部接続用電極と、前記n側内部配線の露出部と電気的に接続するn側外部接続用電極とを形成する外部接続用電極形成工程と、前記ウエハを複数の前記半導体発光素子に個片化する個片化工程と、を含むように行う。
また、本発明に係る発光装置は、p型半導体層及びn型半導体層を積層してなる半導体積層体を有し、前記半導体積層体の一方の面に、前記p型半導体層と電気的に接続されるp側電極及び前記n型半導体層と電気的に接続されるn側電極を有する半導体発光素子と、前記半導体積層体の前記一方の面側に設けられる樹脂層を有する支持体と、を備え、前記支持体は、p側外部接続用電極及びn側外部接続用電極が側面に設けられ、前記p側電極と前記p側外部接続用電極との間を電気的に接続するp側内部配線と、前記n側電極と前記n側外部接続用電極との間を電気的に接続するn側内部配線とを前記樹脂層の内部に有し、前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極が設けられる前記樹脂層の側面は、前記半導体発光素子が設けられた側の端部を含む面と、前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極が設けられた面と、が同一面上にないように構成する。
本発明の発光装置の製造方法によれば、発光素子の境界領域の樹脂層及び内部配線を除去することで発光装置の側面を形成し、当該側面に、内部配線と電気的に接続する外部接続用電極を形成するため、サイドビュー型実装が可能なCSP型の発光装置をウエハレベルで製造することができる。
また、本発明の発光装置によれば、樹脂層の側面に外部接続用電極を有するため、サイドビュー型実装をすることができる。
本発明の第1実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 (a)は図1(a)のB−B線における断面図、(b)は図1(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第1実施形態における発光素子の構成の一例を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 本発明の第1実施形態における発光素子の構成の他の例を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 (a)は図4(a)のB−B線における断面図、(b)は図4(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造工程において、発光素子準備工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図、(c)は(a)のB−B線における断面図、(d)は(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造工程において、ワイヤ配線工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線における断面図、(c)は(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す模式的断面図であり、(a)は樹脂層形成工程、(b)は成長基板除去工程、(c)は蛍光体層形成工程を示す。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造工程において、内部配線露出工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線における断面図、(c)は(a)のB−B線における断面図である。 本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す、図10(a)のB−B線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は外部接続用電極形成工程、(b)は個片化工程を示す。 本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例に係る発光装置の製造工程において、ワイヤ配線工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線における断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 (a)は図14(a)のB−B線における断面図、(b)は図14(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す、図14(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は第1メッキ層形成工程、(b)は第1樹脂層形成工程、(c)は第1樹脂層切削工程を示す。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、第2メッキ層形成工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図、(c)は(a)のB−B線における断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、第2樹脂層形成工程を示す模式図であり、(a)は図18(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図18(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、内部配線露出工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図、(c)は(a)のB−B線における断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、外部接続用電極形成工程の第1サブ工程であるレジストパターン形成工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図、(c)は(a)のE−E線における断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、外部接続用電極形成工程を示す模式図であり、(a)は図21(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図21(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す、図21(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は成長基板除去工程、(b)は蛍光体層形成工程を示す。 本発明の第2実施形態に係る発光装置の製造工程において、個片化工程を示す模式図であり、(a)は図21(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図21(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第2実施形態の変形例における製造工程の一部を示す、図21(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は第1レジストパターン形成工程、(b)は第1樹脂層形成工程、(c)は第1樹脂層切削工程、(d)は第1レジストパターン除去工程を示す。 本発明の第2実施形態の変形例における製造工程の一部を示す、図21(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)はメッキ層形成工程、(b)は第2レジストパターン形成工程、(c)はエッチング工程、(d)は第2レジストパターン除去工程を示す。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 (a)は図27(a)のB−B線における断面図、(b)は図27(a)のC−C線における断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、ワイヤ配線工程を示す模式図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線における断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す、図30(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は第1樹脂層形成工程、(b)は第1樹脂層切削工程を示す。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、メッキ層形成工程を示す模式図であり、(a)は図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図であり、(b)は図30(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、第2樹脂層形成工程を示す模式図であり、図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、第2樹脂層切削工程を示す模式図であり、(a)は図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図30(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、内部配線露出工程を示す模式図であり、(a)は図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図30(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、外部接続用電極形成工程を示す模式図であり、(a)は図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図30(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程の一部を示す、図30(a)のA−A線に相当する箇所の模式的断面図であり、(a)は成長基板除去工程、(b)は蛍光体層形成工程を示す。 本発明の第3実施形態に係る発光装置の製造工程において、個片化工程を示す模式図であり、(a)は図30(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図30(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 (a)は、本発明においてバンプ積層体を形成する様子を示す模式的断面図であり、(b)は金属ワイヤを接合する様子を示す模式的断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置をサイドビュー型実装した様子を示す模式図であり、(a)は図27(b)のF−F線に相当する箇所の断面図、(b)は図27(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る発光装置をトップビュー型実装した様子を示す模式図であり、(a)は図27(a)のA−A線に相当する箇所の断面図、(b)は図27(a)のB−B線に相当する箇所の断面図である。
以下、本発明に係る発光装置及びその製造方法の実施形態について説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
また、本発明の各実施形態に係る発光装置において、「上」、「下」、「左」及び「右」などは、状況に応じて入れ替わるものである。本明細書において、「上」、「下」などは、説明のために参照する図面において構成要素間の相対的な位置を示すものであって、特に断らない限り絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
<第1実施形態>
[発光装置の構成]
まず、図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る発光装置の構成について説明する。
第1実施形態に係る発光装置100は、図1及び図2に示すように、成長基板が除去されたLED(発光ダイオード)構造を有する半導体発光素子1(以下、適宜に「発光素子」と呼ぶ)と、発光素子1の一方の面側に設けられた支持体3と、発光素子1の他方の面側に設けられた蛍光体層(波長変換層)2とから構成されるCSPである。発光素子1の一方の面側には、n側電極13及びp側電極15が設けられ、支持体3の母体である樹脂層31内に設けられた内部配線である金属ワイヤ32n,32pを介して、それぞれ、樹脂層31の長手方向の一方の側面(XZ平面に平行な側面)に設けられたn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと電気的に接続されている。
このため、発光装置100は、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが設けられた長手方向の一方の側面を実装面とするサイドビュー型実装が可能なように構成されている。また、図2(a)及び図2(b)に示すように、発光装置100の長手方向の側面には、高さ方向(Z軸方向)の位置Hを境として段差が設けられ、位置Hよりも下部が上部よりも平面視で内側になるように形成されている。
なお、詳細は後記するが、発光装置100は、ウエハレベルで作製されるWCSP(ウエハプロセスによるCSP)である。
また、本実施形態における発光装置100は、蛍光体層2によって、発光素子1が発光する光の一部又は全部を異なる波長の光に変換し、波長変換した光又は波長変換した光及び発光素子1が発光した光を出力光とするものである。例えば、発光素子1が青色光を発光し、蛍光体層2が青色光の一部を吸収して黄色光に波長変換するように構成することで、発光装置100を、青色光と黄色光とを混色した白色光を出力する白色光源とすることができる。
なお、本実施形態及び後記する他の実施形態において、発光装置100などは蛍光体層2を備えているが、CSPを構成する上で蛍光体層2は必須ではなく、設けないようにしてもよい。
なお、本明細書では、各図に適宜に座標軸を付して示すように、便宜上、発光素子1のn側電極13及びp側電極15が設けられた面の法線方向を「+Z軸方向」とし、+Z軸方向から−Z軸方向を観察することを平面視と呼ぶ。また、平面視で長方形の形状を有する発光素子1の、長手方向をX軸方向とし、短手方向をY軸方向とする。
また、断面図として示した図は、図40(a)を除き、何れもXY平面に垂直な面(すなわち、XZ平面又はYZ平面に平行な面)による断面を示すものである。なお、図40(a)は、XY平面に平行な面による断面を示すものである。
次に、発光装置100の各部の構成について順次に詳細に説明する。
発光素子1は、平面視で略長方形の板状の形状を有しており、一方の面側にn側電極13及びp側電極15を備えたフェイスダウン型のLEDチップである。
(発光素子の例)
ここで、図3を参照して、発光素子1の一例について詳細に説明する。
図3に示した発光素子1は、n型半導体層12nとp型半導体層12pとを積層した半導体積層体12を備えている。半導体積層体12は、n側電極13及びp側電極15間に電流を通電することにより発光するようになっており、n型半導体層12nとp型半導体層12pとの間に発光層12aを備えることが好ましい。
半導体積層体12には、p型半導体層12p及び発光層12aが部分的に存在しない領域、すなわちp型半導体層12pの表面から窪んだ領域(この領域を「段差部12b」と呼ぶ)が形成されている。段差部12bの底面はn型半導体層12nの露出面であり、段差部12bには、n側電極13が形成されている。また、p型半導体層12pの上面の略全面には、全面電極14が設けられている。全面電極14は、良好な反射性を有する反射電極14aと、反射電極14aの上面及び側面の全体を被覆するカバー電極14bとによって構成されている。また、カバー電極14bの上面の一部にp側電極15が形成されている。
また、発光素子1のパッド電極であるn側電極13及びp側電極15の表面を除き、半導体積層体12及び全面電極14の表面は、絶縁性を有する保護層16で被覆されている。
半導体積層体12は、GaN、GaAs、AlGaN、InGaN、AlInGaP、GaP、SiC、ZnOのように、半導体発光素子に適した材料を用いることができる。本実施形態においては、発光素子1が発光する光の一部が、蛍光体層2によって異なる波長の光に変換されるため、発光波長の短い青色や紫色に発光する半導体積層体12が好適である。
n型半導体層12n、発光層12a及びp型半導体層12pは、InAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)等のGaN系化合物半導体が好適に用いられる。また、これらの半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層12aは、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。
半導体積層体12としてGaN系化合物半導体を用いる場合は、半導体層を結晶成長させるのに適した成長基板11(図7参照)上に、例えば、MOCVD法(有機金属気相成長法)、HVPE法(ハイドライド気相成長法)、MBE法(分子線エピタキシャル成長法)等の公知の技術により形成することができる。また、半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
また、半導体積層体12をエピタキシャル成長させるための成長基板としては、例えば、半導体積層体12をGaN(窒化ガリウム)などの窒化物半導体を用いて形成する場合には、C面、R面、A面の何れかを主面とするサファイアやスピネル(MgAl24)のような絶縁性基板、また炭化ケイ素(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジム等の酸化物基板が挙げられる。
なお、本実施形態では、発光装置100の製造過程で、成長基板が半導体積層体12から剥離して除去されるため、完成した発光装置100における発光素子1は成長基板を有していない。
また、成長基板が除去された半導体積層体12の下面、すなわちn型半導体層12nの下面は粗面化により凹凸形状12cを有することが好ましい。凹凸形状12cを設けることにより、この面からの光取り出しの効率を向上させることができる。このような凹凸形状12cは、n型半導体層12nの下面をウェットエッチングすることにより形成することができる。
全面電極14は、電流拡散層及び反射層としての機能を有するものであり、反射電極14aとカバー電極14bとを積層して構成されている。
反射電極14aは、p型半導体層12pの上面の略全面を覆うように設けられる。また、反射電極14aの上面及び側面の全体を被覆するように、カバー電極14bが設けられている。反射電極14aは、カバー電極14b及びカバー電極14bの上面の一部に設けられたp側電極15を介して供給される電流を、p型半導体層12pの全面に均一に拡散するための導体層である。また、反射電極14aは良好な反射性を有し、発光素子1が発光する光を、光取り出し面である下方向に反射する反射膜としても機能する。ここで、反射性を有するとは、発光素子1が発光する波長の光を良好に反射することをいう。更に、反射電極14aは、蛍光体層2によって変換された後の波長の光に対しても良好な反射性を有することが好ましい。
反射電極14aは、良好な導電性と反射性とを有する金属材料を用いることができる。特に可視光領域で良好な反射性を有する金属材料としては、Ag、Al又はこれらの金属を主成分とする合金を好適に用いることができる。また、反射電極14aは、これらの金属材料を単層で、又は積層したものが利用できる。
また、カバー電極14bは、反射電極14aを構成する金属材料のマイグレーションを防止するためのバリア層である。特に反射電極14aとして、マイグレーションし易いAgを用いる場合には設けることが好ましい。
カバー電極14bとしては、良好な導電性とバリア性とを有する金属材料を用いることができ、例えば、Al、Ti、W、Auなどを用いることができる。また、カバー電極14bは、これらの金属材料を単層で、又は積層したものが利用できる。
n側電極13は、n型半導体層12nが露出した半導体積層体12の段差部12bの底面に設けられている。また、p側電極15は、カバー電極14bの上面の一部に設けられている。n側電極13はn型半導体層12nに、p側電極15はカバー電極14b及び反射電極14aを介してp型半導体層12pに、それぞれ電気的に接続して、発光素子1に外部からの電流を供給するためのパッド電極である。n側電極13及びp側電極15には、支持体3(図1及び図2参照)の内部配線である金属ワイヤ32n及び金属ワイヤ32p等がそれぞれ接続される。
また、図3に示した例では、p側電極15は、本来のパッド電極であるパッド電極層15aと衝撃吸収層15bとが積層されて構成されている。衝撃吸収層15bは、必須の構成ではないが、金属ワイヤ32pをワイヤボンディングする際の衝撃を緩和して、半導体積層体12へのダメージを低減するためのものである。図2に示した例において、p側電極15のように、ワイヤボンディングとしてボールボンディングを行う場合は、接合部に印加される衝撃が比較的大きいため、衝撃吸収層15bを設けることが好ましい。
n側電極13も、p側電極15と同様に、衝撃吸収層を設けるようにしてもよい。また、p側電極15を設けずに、全面電極14の一部をパッド電極として、金属ワイヤ32pを全面電極14に直接接続するようにしてもよい。
n側電極13及びパッド電極層15aとしては、金属材料を用いることができ、例えば、Ag、Al、Ni、Rh、Au、Cu、Ti、Pt、Pd、Mo、Cr、Wなどの単体金属又はこれらの金属を主成分とする合金などを好適に用いることができる。なお、合金を用いる場合は、例えば、AlSiCu合金のように、組成元素としてSiなどの非金属元素を含有するものであってもよい。また、n側電極13及びパッド電極層15aは、これらの金属材料を単層で、又は積層したものを利用することができる。
また、衝撃吸収層15bは、パッド電極層15aと同様の材料を用いることができるが、上面に接続される金属ワイヤ32pとの接合性の良好な材料を用いることが好ましい。例えば、金属ワイヤ32pがCuである場合、衝撃吸収層15bもCuを用いることが好ましい。
保護層16は、絶縁性を有し、n側電極13及びp側電極15の外部との接続部を除き、発光素子1の上面及び側面の全体を被覆する被膜である。保護層16は、発光素子1の保護膜及び帯電防止膜として機能する。
また、半導体積層体12の側面部に設けられる保護層16の外側に反射層を設ける場合は、保護層16は、発光素子1が発光した波長の光に対して、良好な透光性を有することが好ましい。更に、保護層16は、蛍光体層2が波長変換した後の波長の光に対しても良好な透光性を有することが好ましい。
保護層16としては、金属酸化物や金属窒化物を用いることができ、例えば、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物を好適に用いることができる。
また、保護層16として、屈折率の異なる2種以上の透光性誘電体を用いて積層し、DBR(Distributed Bragg Reflector)膜を構成するようにしてもよい。DBR膜によって、発光素子1の上面及び側面から漏出する光を反射して発光素子1内に戻すことで、発光素子1の光取り出し面である下面からの光取り出し効率を向上させることができる。DBR膜としては、例えば、SiOとNbとを交互に積層した多層膜を挙げることができ、少なくとも3ペア以上、好ましくは7ペア以上の多層膜とすることにより、良好な反射率を得ることができる。
(発光素子の他の例)
次に、図4及び図5を参照して、発光素子の他の例について詳細に説明する。
なお、図3に示した例と同一又は対応する構成については、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
図4及び図5に示した他の例の発光素子1Aは、p側のパッド電極であるp側電極15が全面電極14の上面の一部に形成されているとともに、n側のパッド電極であるn側電極13が、p側電極15が設けられた領域及びその近傍を除き、半導体積層体12の上面及び側面の略全面に亘って、絶縁性の保護層16を介して延在するように設けられている。このように、n側電極13又はp側電極15を、発光素子1Aの上面及び側面に広範囲に設けることにより、後記する支持体3の樹脂層31に対して効率的に熱を伝導させることで放熱性を向上させることがきる。
なお、図4及び図5に示した例では、n側電極13を半導体積層体12の上面及び側面の広範囲に延在するように設けたが、p側電極15を広範囲に設けるようにしてもよい。また、n側電極13及びp側電極15の両方を、広範囲に相補的に設けるようにしてもよく、例えば、図4(a)において、発光素子1Aの左半分の広範囲な領域にp側電極15を設け、右半分の広範囲な領域にn側電極13を設けるようにすることもできる。
また、n側電極13及び/又はp側電極15を、反射電極14aが設けられない半導体積層体12の側面にまで延在するように設け、反射膜として機能させるようにしてもよい。これによって、半導体積層体12の側面から出射する光を半導体積層体12内へ反射させ、発光素子1の光取り出し面である下面からの光取り出し効率を向上させることができる。
なお、n側電極13及び/又はp側電極15を反射膜として機能させる場合は、これらの電極の少なくとも下層側(保護層16側)に、良好な反射性を有する材料を用いることが好ましい。可視光に対して良好な反射性を有する材料としては、例えば、Ag、Al又はこれらの金属を主成分とする合金を挙げることができる。
発光素子1Aでは、半導体積層体12の外周部の全周に、n型半導体層12nが露出する段差部12bが設けられている。また、半導体積層体12のp型半導体層12pの上面の略全面には、反射電極14a及びカバー電極14bが積層された全面電極14が設けられている。また、半導体積層体12の下面の全部と、段差部12bの底面の一部と、全面電極14の上面の一部とを除き、半導体積層体12及び全面電極14の表面は、絶縁性の保護層16によって被覆されている。また、発光素子1Aは、発光素子1と同様に、n型半導体層12nの下面の全面に、凹凸形状12cが形成されている。
また、段差部12bの底面において、図4(b)及び図5に示すように、保護層16は開口部を有している。すなわち、この開口部がn型半導体層12nが保護層16によって被覆されていない領域であり、n型半導体層12nとn側電極13との接合部13aとなっている。本例では、図4(a)にハッチングを施して示すように、半導体積層体12の外周部の全周に亘り、接合部13aが設けられている。このように広範囲に亘って接合部13aを設けることにより、n側電極13を介して供給される電流を、n型半導体層12nに均等に拡散できるため、発光効率を向上させることができる。
なお、段差部12bは、半導体積層体12の外縁部の全周に設けるのではなく、一部に設けるようにしてもよい。段差部12bを設ける領域を低減することにより、p型半導体層12p及び発光層12aを有する領域が広くなり、発光量を増加させることができる。また、段差部12bを、外縁部に代えて又は外縁部に加えて、平面視で半導体積層体12の内側に設けるようにしてもよい。なお、段差部12bを、半導体積層体12の一部に偏在して設けずに、広範囲に断続的に設けることにより、段差部12bの領域を過剰に増加させることなく、前記したように、n型半導体層への電流拡散を均等にすることができる。例えば、段差部12bを、図4及び図5に示した例のように半導体積層体12の外縁部の全周に亘って連続して設けるのではなく、全周に亘って断続的に設けるようにしてもよい。
また、本実施形態における発光装置100(図1及び図2参照)では、便宜的に発光素子として発光素子1を用いるものとして説明するが、図3に示した発光素子1、又は図4及び図5に示した発光素子1Aの何れでも用いることができる。後記する他の実施形態においても同様に、発光素子1又は発光素子1Aの何れでも用いることができる。
図1及び図2に戻って、発光装置100の構成について説明を続ける。
蛍光体層(波長変換層)2は、発光素子1が発光する光の一部又は全部を吸収して、発光素子1が発光する波長とは異なる波長の光に変換する波長変換層である。蛍光体層2は、波長変換材料として蛍光体の粒子を含有する樹脂層として形成することができる。また、蛍光体層2は、凹凸形状12c(図3(b)参照)が設けられた発光素子1の光取り出し面であるn型半導体層12nの下面側に設けられている。
蛍光体層2の膜厚は、蛍光体の含有量や、発光素子1が発光する光と波長変換後の光との混色後の所望する色調などに応じて定めることができるが、例えば、1〜500μmとすることができ、5〜200μmとすることがより好ましく、10〜100μmとすることが更に好ましい。
また、蛍光体層2における蛍光体の含有量は、単位面積当たりの質量で、0.1〜50mg/cmとなるように調整することが好ましい。蛍光体の含有量をこの範囲にすることにより、色変換を十分に行うことができる。
蛍光体層2を構成する樹脂材料としては、発光素子1が発光した光及び蛍光体層2が含有する蛍光体が波長変換した後の光に対して良好な透光性を有するものを用いることが好ましい。
このような樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂若しくはこれらの樹脂を少なくとも1種以上含む樹脂、又はハイブリッド樹脂などを好適に用いることができる。
また、蛍光体(波長変換材料)としては、発光素子1が発光する波長の光によって励起されて、この励起光と異なる波長の蛍光を発する蛍光物質であれば特に限定されず、粒状の蛍光体を好適に用いることができる。粒状の蛍光体は、光散乱性及び光反射性を有するため、波長変換機能に加えて光散乱部材としても機能し、光の拡散効果を得ることができる。蛍光体は、樹脂層である蛍光体層2中にほぼ均一の割合で混合することが好ましい。また、蛍光体は、蛍光体層2中に、2種類以上を一様に混在させてもよいし、多層構造となるように分布させてもよい。
蛍光体としては、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、Ce(セリウム)で賦活されたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Ceで賦活されたLAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体、Eu(ユーロピウム)及び/又はCr(クロム)で賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al−SiO)系蛍光体、Euで賦活されたシリケート((Sr,Ba)SiO)系蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF(KSiF:Mn)系蛍光体などを挙げることができる。また、量子ドット蛍光体も用いることができる。
また、蛍光体層2に光拡散性を付与するために、透光性の無機化合物粒子、例えばSi、Al、Zn、Ca、Mg、Yなどの希土類若しくはZr、Tiなどの元素の、酸化物、炭酸塩、硫酸塩若しくは窒化物、又はベントナイト、チタン酸カリウムなどの複合塩などの無機フィラーを添加するようにしてもよい。このような無機フィラーの平均粒径は、前記した蛍光体の平均粒径の範囲と同程度の範囲のものとすることができる。
蛍光体層2は、溶剤に前記した樹脂、蛍光体粒子、その他の無機フィラー粒子を含有するスラリーを調整し、調整したスラリーをスプレー法、キャスト法、ポッティング法などの塗布法を用いて半導体積層体12の下面に塗布し、その後に硬化させることにより形成することができる。
また、別途に蛍光体粒子を含有する樹脂板を作製し、当該樹脂板を半導体積層体12の下面に接着することで形成することもできる。
なお、発光装置100において、蛍光体層2を設けずに、半導体積層体12の下面を光取り出し面として発光素子1が発光した光を直接出力するようにしてもよい。また、蛍光体層2に代えて、蛍光体を含有させずに、透光性の樹脂層を設けるようにしてもよく、光拡散性のフィラーを含有させた光拡散性の樹脂層を設けるようにしてもよい。
支持体3は、平面視で発光素子1の外形を内包する直方体形状をしており、発光素子1のn側電極13及びp側電極15が設けられた面側と接合するように設けられ、成長基板が除去された発光素子1の構造を機械的に保つための補強部材である。また、支持体3は、平面視で蛍光体層2と略同じ外形形状をしている。
支持体3は、樹脂層31と、実装基板に実装するための外部接続用電極(n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34p)と、n側電極13及びp側電極15を、それぞれ対応する極性の外部接続電極と電気的に接続するための内部配線(金属ワイヤ32n,32p)とを備えている。
樹脂層31は、発光素子1の補強部材としての母体である。また、樹脂層31は、図1(b)及び図2に示すように、支持体3の外形形状と略同じであり、平面視で、発光素子1の外形形状を内包するとともに蛍光体層2と略同じ外形形状をしている。また、樹脂層31は、発光素子1の上面及び側面を封止する封止樹脂層である。従って、発光素子1は、樹脂層31と、下面側に設けられた樹脂層である蛍光体層2とによって全面が封止される。
また、樹脂層31の長手方向の側面において、高さ方向の位置Hを境として段差が設けられ、平面視で、下部が上部より内側となるように形成されている。
樹脂層31は、n側電極13及びp側電極15の電極面から略垂直方向に延伸した後にL字状(直角)に折れ曲がり、樹脂層31の長手方向の一方の側面(XZ平面と平行な面)に達する金属ワイヤ32n,32pを内部に有している。また、金属ワイヤ32n,32pの端面は、樹脂層31の当該側面と同一面をなしている。
樹脂層31の樹脂材料としては、前記した蛍光体層2に用いるのと同様の樹脂材料を用いることができる。また、圧縮成型により樹脂層31を形成する場合は、原料として、例えば、粉状のエポキシ系樹脂であるEMC(エポキシ・モールド・コンパウンド)や粉状のシリコーン系樹脂であるSMC(シリコーン・モールド・コンパウンド)などを好適に用いることができる。
また、樹脂層31には、熱伝導性を高めるため、熱伝導部材を含有させるようにしてもよい。樹脂層31の熱伝導率を高めることにより、発光素子1が発生した熱を迅速に伝導して外部に放熱させることができる。
熱伝導部材としては、例えば、粒状のカーボンブラックやAlN(窒化アルミニウム)などを用いることができる。なお、熱伝導部材が導電性を有する材料の場合は、樹脂層31が導電性を有さない範囲の粒子密度で熱伝導部材を含有させるものとする。
また、樹脂層31として、透光性の樹脂材料に光反射性のフィラーを含有させた白色樹脂を用いるようにしてもよい。少なくとも、発光素子1の上面に接合する樹脂層31の下層部に白色樹脂を用いて、発光素子1に隣接する側の樹脂層31を光反射膜として機能させることにより、発光素子1の上面及び側面側から漏出する光を発光素子1内に戻すことができるため、発光素子1の光取り出し面である下面側からの光取り出し効率を向上させることができる。また、樹脂層31が光反射膜としての機能を有する場合は、発光素子1の全面電極14を、ITO(インジウム・スズ酸化物)やIZO(インジウム・亜鉛酸化物)などの透光性導電材料を用いて形成するようにしてもよい。
樹脂層31の厚さは、成長基板が剥離された発光素子1の補強部材として十分な強度を有するとともに、サイドビュー型で実装する際に、半田などの接着材料が電極接合部から蛍光体層2に回り込まないように、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと、蛍光体層2との距離を考慮して下限を定めることができる。
例えば、補強部材としての観点からは樹脂層31の厚さが50μm程度以上とすることが好ましい。また、更に好ましくは、樹脂層31の厚さを100μm以上とすることで、樹脂層31の側面部を実装面としてサイドビュー型で実装基板に実装する際に、発光装置100を更に安定して実装することができる。また、接着材料の蛍光体層2への回り込み防止の観点からは、蛍光体層2からn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pまでは、100μm程度以上離れるようにすることが好ましい。
なお、本実施形態では、金属ワイヤ32n,32pは、樹脂層31の側面部でn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと接続するため、樹脂層31の厚さの上限については、特に限定されるものではない。
金属ワイヤ32nは、樹脂層31を、底面から長手方向の一方の側面にかけてL字状に折れ曲がりながら貫通するように設けられ、n側電極13とn側外部接続用電極34nとの間を電気的に接続する内部配線である。また、金属ワイヤ32nは、発光素子1が発生した熱を放熱するための熱伝達経路としても機能する。
なお、図1及び図2に示した例では、金属ワイヤ32nは、L字状に折れ曲がるように設けられているが、これに限定されるものではなく、例えば、円弧状に配線されてもよく、任意の経路で配線することができる。
同様に、金属ワイヤ32pは、樹脂層31を、底面から長手方向の一方の側面にかけてL字状に折れ曲がりながら貫通するように設けられ、p側電極15とp側外部接続用電極34pとの間を電気的に接続する内部配線である。金属ワイヤ32pもまた、発光素子1が発生した熱を放熱するための熱伝達経路としても機能する。
なお、熱伝達経路としての金属ワイヤ32n,32pの熱抵抗を低減するためには、極力短い経路で配線されることが好ましい。
金属ワイヤ32n,32pとしては、良好な電気伝導性及び熱伝導性を有する材料を用いることが好ましく、例えば、Au、Cu、Al、Ag又はこれらの金属を主成分とする合金などを好適に用いることができる。また、金属ワイヤの表面にコーティングを施したものであってもよい。また、発光素子1が発生する熱を効率よく伝導するために、ワイヤ径は20μm程度以上とすることが好ましく、更に好ましくは30μm程度以上と、太いほど好ましい。
なお、発光素子1のn側電極13及びp側電極15に配線可能なサイズであれば、ワイヤ径の上限は特に限定されるものではないが、ワイヤボンディングの際に、ワイヤボンダから半導体積層体12にかかる衝撃で、半導体積層体12にダメージが生じない程度、例えば、3mm程度以下とすることが好ましく、1mm程度以下とすることが更に好ましい。
また、安価に、より太いワイヤを利用するために、Cu、Al又はこれらを主成分とする合金からなるワイヤを好適に用いることができる。
また、ワイヤの形状は特に限定されず、円形の断面形状を有するワイヤの他に、楕円形や長方形などの断面形状を有するリボン状のワイヤを用いるようにしてもよい。
また、金属ワイヤ32n,32pの配線経路は、特に限定されるものではないが、金属ワイヤ32n,32pの熱抵抗と発光素子1の発熱量とを考慮して、発光素子1が過剰に温度上昇しないように、金属ワイヤ32n,32pの径と配線長とを定めることができる。
また、本実施形態のように、内部配線として金属ワイヤ32n,32pを用いると、配線経路を自由に設定することができるために、発光素子1のn側電極13及びp側電極15がどこに配置されていても、n側電極13及びp側電極15と、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとの間を容易に接続することができる。
なお、金属ワイヤ32nとn側電極13との接合及び金属ワイヤ32pとp側電極15との接合は、ワイヤボンダを用いて行うことができるが、ボールボンディング、ウェッジボンディングの何れの方法で接合してもよい。
例えば、図3に示した例では、金属ワイヤ32pは、ボールボンディングによりp側電極15と接合されている。この場合は、ワイヤの端面が、ワイヤボンディングの際の衝撃を吸収して、半導体積層体12へのダメージを低減するように、衝撃吸収層15bを上層として設けることが好ましい。また、図3に示した例では、金属ワイヤ32nは、ワイヤ端部の側面がn側電極13とウェッジボンディングにより接続されている。なお、図3に示した例は、ワイヤの接続方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。例えば、何れの電極においても、ボールボンディングにより接続するようにしてもよく、ウェッジボンディングにより接続するようにしてもよい。特にウェッジボンディングを用いて接続することによって、金属ワイヤ32を湾曲して配線することができるため、樹脂層31の内部に占める金属の体積を増やすことができる。このため、発光素子1から生じる熱を更に効率よく伝導することができる。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、発光装置100を外部の実装基板に接合するためのパッド電極であり、内部配線である金属ワイヤ32n,32pの端面と電気的に接続するように設けられている。n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、樹脂層31の側面から突出するように形成される。このため、樹脂層31から露出する金属ワイヤ32n,32pの端面の面積が小さい場合でも、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを設けることにより、接合材料を介した実装時の接合面積が増加する。その結果として、発光装置100と実装基板との接合性を高めることができる。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとしては、例えば、Au−Sn共晶半田などのAu合金系の接合材料を用いた実装基板との接合性を高めるため、少なくとも最上層をAuで形成することが好ましい。例えば、金属ワイヤ32n,32pがCu、Alなどの、Au以外の金属で形成されている場合は、Auとの密着性を高めるために、無電解メッキ法により、まず、Niの薄膜を形成し、Ni層の上層にAu層を積層して形成することが好ましい。
また、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、総膜厚が0.1〜5μm程度、更に好ましくは0.5〜4μm程度とすることができる。
[発光装置の動作]
次に、図1〜図3を参照して、発光装置100の動作について説明する。なお、説明の便宜上、発光素子1は青色光を発光し、蛍光体層2は黄色光を発光するものとして説明する。
発光装置100は、不図示の実装基板を介してn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34p間に外部電源が接続されると、金属ワイヤ32n,32pを介して、発光素子1のn側電極13及びp側電極15間に電流が供給される。そして、n側電極13及びp側電極15間に電流が供給されると、発光素子1の発光層12aが青色光を発光する。
発光素子1の発光層12aが発光した青色光は、半導体積層体12内を伝播して、発光素子1の下面から出射して、一部は蛍光体層2に含有される蛍光体に吸収され、黄色光に変換されて外部に取り出される。また、青色光の一部は、蛍光体に吸収されずに蛍光体層2を透過して外部に取り出される。
なお、発光素子1内を上方向に伝播する光は、反射電極14aによって下方向に反射され、発光素子1の下面から出射する。
そして、発光装置100の外部に取り出された黄色光及び青色光が混色することにより、白色光が生成される。
[発光装置の製造方法]
次に、図6を参照して、図1及び図2に示した発光装置100の製造方法について説明する。
図6に示すように、発光装置100の製造方法は、発光素子準備工程S101と、ワイヤ配線工程S102と、樹脂層形成工程S103と、成長基板除去工程S104と、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S105と、内部配線露出工程S106と、外部接続用電極形成工程S107と、個片化工程S108と、を含み、この順で各工程が行われる。
以下、図7〜図11を参照(適宜図1〜図3及び図6参照)して、各工程について詳細に説明する。なお、図7〜図11の各図において、発光素子1の詳細な構成(例えば、保護層16、半導体積層体12の積層構造など)については、記載を省略している。また、その他の各部材についても、形状、サイズ、位置関係を適宜に簡略化したり、誇張したりしている場合がある。後記する他の実施形態における製造工程の説明図についても同様である。
発光素子準備工程(ウエハ準備工程)S101は、例えば、図3に示した構成の発光素子1を準備する工程である。本実施形態における発光素子準備工程S101では、複数の発光素子1が一枚の成長基板11上に配列されたウエハ状態で形成される。図7〜図11では、平面視で、長手方向(X軸方向)に2個、短手方向に4個の発光素子1が形成される様子を示している。
なお、図7〜図11において平面視と、複数の面による断面視とを示している場合があるが、各図での方向は座標軸で示している。
具体的には、まず、サファイアなどからなる成長基板11の上面に、前記した半導体材料を用いて、n型半導体層12n、発光層12a及びp型半導体層12pを順次積層して半導体積層体12を形成する。
半導体積層体12が形成されると、半導体積層体12の上面の一部の領域について、p型半導体層12p、発光層12a及びn型半導体層12nの一部をエッチングにより除去してn型半導体層12nが底面に露出した段差部12bを形成する。
また、段差部12bの形成と同時に、発光素子1同士の境界領域をエッチングしてn型半導体層12nを露出させるようにしてもよい。これによって、発光素子準備工程S101内の後工程で、半導体積層体12の、少なくとも発光層12aが含まれる側面を保護層16で被覆することができる。
更に、境界領域については、成長基板11が露出するように、半導体積層体12をすべて除去するようにしてもよい。これによって、個片化工程S108において、半導体積層体12をダイシングする必要がなくなるため、樹脂からなる層のみのダイシングにより個片化を容易に行うことができる。なお、図7(a)〜図7(d)に示した例では、発光素子1の境界領域(図7(a)〜図7(d)において、太い破線で示した境界線40の近傍領域)の半導体積層体12は完全に除去されている。
次に、段差部12bの底面にパッド電極であるn側電極13を形成する。また、p型半導体層12p及び発光層12aを有する発光領域となる領域には、p型半導体層12pの上面の略全面を被覆する反射電極14aと反射電極14aの上面及び側面を完全に被覆するカバー電極14bとからなる全面電極14を形成する。また、カバー電極14bの上面の一部にパッド電極であるp側電極15を形成する。
更に、n側電極13及びp側電極15の表面を除くウエハの表面全体に、例えば、スパッタリングにより、SiOなどの絶縁性材料を用いて、保護層16を形成する。
以上により、図7(a)〜図7(d)に示すように、ウエハ状態の発光素子1が形成される。
次に、ワイヤ配線工程S102において、図8(a)〜図8(c)に示すように、成長基板11上で長手方向の側面が対向する方向(Y軸方向)に隣接する発光素子1同士について、n側電極13同士及びp側電極15同士を接続するように、ワイヤボンダを用いて金属ワイヤ32を配線する。配線された金属ワイヤ32は、図8(a)及び図8(b)に示すように、側面視(X軸方向から観察)でΠ字形状又は逆U字形状となるように配線する。このとき、n側電極13及びp側電極15の金属ワイヤ32の接合面からの最大高さ(Z軸方向の距離)が、所定範囲の高さとなるように配線する。
ここで所定範囲の高さの上限は、図1(b)及び図2に示した樹脂層31の上面の高さである。すなわち、図9(a)に示すように、金属ワイヤ32が樹脂層31に埋没する高さである。
また、所定範囲の高さの下限は、境界線40において、金属ワイヤ32の下端と半導体積層体12の下面とが離間すべき距離に相当する高さである。当該離間すべき距離は、前記した蛍光体層2とn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとの距離に相当し、例えば、前記したように、例えば、100μmとすることができる。
次に、樹脂層形成工程S103において、図9(a)に示すように、発光素子1及び金属ワイヤ32を完全に封止するように、例えば、金型を用いた圧縮成型により樹脂層31を形成する。
次に、成長基板除去工程S104において、図9(b)に示すように、例えば、LLO(レーザーリフトオフ法)やケミカルリフトオフ法等により、成長基板11を剥離して取り除く。このとき、半導体積層体12は、樹脂層31を母体とする支持体3により補強されているため、割れやひびなどの損傷を受けない。
なお、成長基板11を除去せずに、裏面研磨を行うことで薄肉化するようにしてもよい。
また、成長基板11を剥離後の後工程として、露出した半導体積層体12の下面を研磨し、例えば、ウェットエッチング法により粗面化することで凹凸形状12c(図3(b)、図4(b)参照)を形成するようにしてもよい。
なお、剥離した成長基板11は、表面を研磨することで、半導体積層体12を結晶成長させるための成長基板11として再利用することができる。
次に、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S105において、図9(c)に示すように、半導体積層体12の下面側に蛍光体層2を形成する。蛍光体層2は、前記したように、例えば、溶剤に樹脂及び蛍光体粒子を含有させたスラリーをスプレー塗布することにより形成することができる。
また、発光素子準備工程S101において、発光素子1の境界領域の半導体積層体12を完全に除去しておいた場合は、半導体積層体12は、樹脂からなる層である蛍光体層2及び樹脂層31により全面が樹脂封止されることになる。
次に、内部配線露出工程S106において、図10(a)〜図10(c)に示すように、境界線40に沿って、上面側から溝31a及び溝31bを形成する。これによって、隣接する発光素子1同士に配線された内部配線である金属ワイヤ32が境界線40の箇所で切断され、金属ワイヤ32n,32pに分離される。そして、金属ワイヤ32n,32pの切断された端面32na,32paが樹脂層31の長手方向の側面から露出する。
また、溝31aの内側面が発光装置100の長手方向の上部側面となり、溝31bの内側面が短手方向の上部側面となる。
前記したように金属ワイヤ32の切断面を、樹脂層31の側面に露出させるために、少なくとも溝31aは、樹脂層31の上面側から所定範囲の深さで、樹脂層31及び蛍光体層2からなる樹脂の層の一部をダイシング(ハーフダイシング)して除去する。
ここで、溝31aは、後工程である外部接続用電極形成工程S107において、無電解メッキを行う際に、金属ワイヤ32n,32pの露出した端面32na,32paにメッキ液が十分に行き渡るような幅で形成する。
なお、本工程では、金属ワイヤ32の切断及び露出に関与しない溝31bは、溝31aとは異なる深さでハーフダイシングして形成してもよく、本工程では溝31bを形成せずに、個片化工程S108でY軸方向に沿って厚さ方向に完全に切断するフルダイシングを行うようにしてもよい。
ここで、図10(b)及び図10(c)に示すように、高さ方向(Z軸方向)について、樹脂層31の上面の位置をH、金属ワイヤ32n,32pの露出した端面32na,32paの下端の位置をH、ハーフダイシングにより形成される溝31a(及び溝31b)の下端の位置をH、発光素子1の下端の位置をH、蛍光体層2の下端の位置をHとする。
溝31aの深さ、すなわち、位置Hの下限(浅い方の限度)は、位置Hである。位置Hが位置Hより下側とすることにより、金属ワイヤ32を完全に切断して、切断面を樹脂層31の側面から露出させることができる。また、位置Hの上限(深い方の限度)は、後続する工程において、ウエハ状態が維持可能な強度を得られる位置である。位置Hの上限は、樹脂の剛性や、樹脂層31と蛍光体層2との接合強度に応じて適宜に定めることができる。例えば、蛍光体層2の下面の位置Hから、樹脂層31及び蛍光体層2を合わせた総膜厚の1/3以上となる位置とすることができる。
なお、発光素子1の境界領域に半導体積層体12を有している場合や、成長基板11を除去せずにそのまま、又は薄肉化して残している場合は、樹脂層31を厚さ方向にすべて除去するように溝31a及び溝31bを形成してもよい。
次に、外部接続用電極形成工程S107において、無電解メッキにより、図11(a)に示すように、金属ワイヤ32n,32pの端面32na,32pa(図10参照)に、Au膜からなるn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成する。
なお、金属ワイヤ32n,32pがAu以外のCuやAlの場合は、密着性を向上させるために、Au膜を形成する前に、下層側としてNi膜を形成することが好ましい。
このように、金属ワイヤ32n,32pの端面32na,32paにのみn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを設ける場合は、無電解メッキ法により簡便にn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成することができる。
なお、図10(a)のC−C線に相当する断面については図示を省略したが、図11(a)に示したp側の配線構造と同様に、n側の配線構造が形成される。
最後に、個片化工程S108において、境界線40(図11(a)参照)に沿って、蛍光体層2の下面側からダイシングすることで、溝31aの下面に達する深さの溝31cを形成する。また図示は省略したが、Y軸方向に延伸する溝31bについても同様に、蛍光体層2の下面側からダイシングすることで、溝31bの下面に達する深さの溝を形成する。これによって、発光装置100が個片化される。
なお、成長基板11を除去せずに有している場合や、境界線40の近傍領域に半導体積層体12を有している場合は、成長基板11や半導体積層体12もダイシングする。
ここで、溝31cを溝31aの下面に達するまでとは、溝31cの上面の位置Hが、溝31aの下面の位置H(図11(a)参照)よりも上方か同じになることをいうものである。これによって、溝31aと溝31cとが連通して、発光装置100が分離される。
また、溝31cの幅は、溝31aよりも広くし、平面視で、溝31aが溝31cに内包されるように形成することが好ましい。これによって、溝31aの中心線と溝31cの中心線がずれている場合でも、確実に個片化することができ、更に、溝31cの内側面である発光装置100の下部側面が、溝31aの内側面である発光装置100の上部側面よりも発光装置100の内側となるように段差が形成される。このため、発光装置100の実装面である長手方向の側面において、下部側面が、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが設けられた上部側面よりも外側になることがない。従って、実装時に下部側面によってn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと実装基板等の配線パターンとの密着性が妨げられずに、高い信頼性で発光装置100を実装することができる。また、段差が形成されることにより、実装基板の実装面と発光装置100の下部側面との間に空間ができるため、実装時に接着材料が蛍光体層2に回り込むことを抑制することができる。
以上の工程により、図1及び図2に示した発光装置100が完成する。
なお、溝31cの幅を、溝31aの幅よりも狭くして、平面視で、溝31cが溝31aに内包されるように形成することもできる。これによって、発光装置100の上部側面が下部側面よりも平面視で内側となるように段差が形成される。このように発光装置100の実装面である側面を構成することによって、実装時に、段差によって接着材料の広がりを留めることができるため、接着材料が蛍光体層2にまで回り込むことを抑制することができる。
すなわち、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが設けられる樹脂層31の側面は、発光素子1が設けられた側(下面側)の端部を含む面である下部側面と、n側外部接続用電極34n及び前記p側外部接続用電極34pが設けられた面である上部側面とが同一面上にないようにすることにより、実装時に接着材料が光取り出し面である蛍光体層2に回り込むことを抑制することができる。
<変形例>
[発光装置の構成]
次に、図12を参照して、第1実施形態の変形例に係る発光装置について説明する。
図12に示すように、本変形例に係る発光装置100Aは、図1及び図2に示した第1実施形態に係る発光装置100が、長手方向の一方の側面に、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを設けるのに対して、長手方向の両方の側面に、それぞれn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを設けるように構成したものである。
なお、n側の配線構造を示す断面については図示を省略したが、図12に示したp側の配線構造と同様である。
このために、発光装置100Aは、発光装置100における支持体3に代えて支持体3Aを備えている。この支持体3Aには、内部配線である金属ワイヤ32pが、T字状に配線され、T字の縦線部に相当する部位の下端がp側電極15と接合されるとともに、T字の横線部に相当する部位の両端面が、それぞれ樹脂層31の長手方向の両側面に達するように設けられている。また、金属ワイヤ32pの各端面には、p側外部接続用電極34pが設けられている。
なお、図示は省略したが、金属ワイヤ32nについても、金属ワイヤ32pと同様にT字状に配線され、各端面には、n側外部接続用電極34nが設けられる。
他の構成は、発光装置100と同様であるから、説明は省略する。
[発光装置の動作]
本変形例に係る発光装置100Aは、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが長手方向の両方の側面に設けられ、それに対応した金属ワイヤ32n,32pが設けられている。このため、は発光装置100Aには、長手方向の何れの側面を実装面としても、実装基板に実装することができる。実装に供されたn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pから電力が供給された後の発光装置100Aの動作は、発光装置100と同様であるから説明は省略する。
[発光装置の製造方法]
次に、本変形例に係る発光装置100Aの製造方法について説明する。
本変形例に係る発光装置100Aは、図6に示した第1実施形態に係る発光装置100の製造方法のワイヤ配線工程S102において、金属ワイヤ32の配線方法を変更することで製造することができる。
ここで、図13を参照して、本変形例におけるワイヤ配線工程S102について説明する。図13に示すように、1本の金属ワイヤ32を用いて、Y軸方向に配列されている複数の発光素子1のp側電極15について、順次に金属ワイヤ32の側面部でウェッジボンディングにより接合する。このとき、図13(b)に示すように、発光素子1の横方向(X軸方向)の境界線40をアーチ状に跨ぐように金属ワイヤ32を配線する。同様にして、n側電極13についても、金属ワイヤ32を配線する。
なお、他の工程については、第1実施形態に係る発光装置100と同様に行うことで、図12に示した発光装置100Aを製造することができるため、説明は省略する。
また、配線方法として、隣接する発光素子1の電極間同士を逐次に金属ワイヤ32で接続するようにしてもよい。この配線方法について説明する。図8に示した例では、隣接する2個の発光素子1について、n側電極13間及びp側電極15間にそれぞれ金属ワイヤ32を配線されている。例えば、2段目に配置された発光素子1に着目すると、1段目に配置された発光素子1との間でのみ金属ワイヤ32が配線されている。これに加えて、2段目に配置された発光素子1と、3段目に配置された発光素子1との間でも金属ワイヤ32を配線する。このような配線方法によっても、発光装置100Aの樹脂層31の長手方向の両側面に金属ワイヤ32の端面が達するように設けることができる。
<第2実施形態>
[発光装置の構成]
次に、図14及び図15を参照して、第2実施形態に係る発光装置について説明する。
図14及び図15に示すように、第2実施形態に係る発光装置100Bは、発光素子1と蛍光体層2と支持体3Bとを備えて構成されている。第2実施形態に係る発光装置100Bは、図1及び図2に示した第1実施形態に係る発光装置100に対して、支持体3に代えて支持体3Bを備えることが異なる。
発光素子1及び蛍光体層2は、第1実施形態に係る発光装置100と同様のものを用いることができるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態における支持体3Bは、発光素子1側から順に、内部配線として第1金属メッキ層331n,331pを内部に有する第1樹脂層311と、内部配線として第2金属メッキ層332n,332pを内部に有する第2樹脂層312とを積層して構成される樹脂層31を備えている。また、支持体3Bの側面には、高さ方向(Z軸方向)の位置Hを境として段差が設けられ、位置Hよりも下部が上部よりも平面視で内側になるように形成されている。また、支持体3Bの下面側に接続して設けられる蛍光体層2は、平面視で支持体3Bの底面と同じ形状に形成されている。
また、支持体3Bの位置Hより上部において、内部配線である第2金属メッキ層332n,332pとそれぞれ電気的に接続されるn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが、電極間の領域を除き、側面及び上面を被覆するように設けられている。
このため、発光装置100Bは、長手方向の何れの側面を実装面としてもサイドビュー型実装が可能であるとともに、上面を実装面とするトップビュー型実装も可能となるように構成されている。
樹脂層31は、前記したように第1樹脂層311と第2樹脂層312とを積層して構成されている。
第1樹脂層311は、厚さ方向(Z軸方向)に貫通するように、内部配線である第1金属メッキ層331n,331pを内部に有している。また、前記した側面の段差の境である位置Hは、第1樹脂層311の側面の上端の位置Hから下端の位置Hの間となるように設けられている。
第2樹脂層312は、下面、長手方向の側面、及び短手方向の側面から露出するように内部配線である第2金属メッキ層332n,332pを内部に有している。
また、第1樹脂層311及び第2樹脂層312は良好に密着して一体化した樹脂層31を形成している。
第1樹脂層311及び第2樹脂層312に用いられる樹脂材料は異なる材料を用いてもよいが、より良好な密着性を得るために、同じ樹脂材料を用いて形成することが好ましい。第1樹脂層311及び第2樹脂層312の樹脂材料としては、前記した第1実施形態と同様の樹脂材料を用いることができる。
第1樹脂層311及び/又は第2樹脂層312には、熱伝導性を高めるため、熱伝導部材を含有させるようにしてもよい。また、第1樹脂層311及び/又は第2樹脂層312として、透光性の樹脂材料に光反射性のフィラーを含有させた白色樹脂を用いるようにしてもよい。
少なくとも、発光素子1の上面に接合する第1樹脂層311に白色樹脂を用いて、第1樹脂層311を光反射膜として機能させることにより、発光素子1の上面及び側面側から漏出する光を発光素子1内に戻すことができるため、発光素子1の光取り出し面である下面側からの光取り出し効率を向上させることができる。この場合において、第2樹脂層312に含有させる熱伝導部材としては、光反射性を有さないカーボンブラックなどであっても好適に用いることができる。
本実施形態では、n側電極13及びp側電極15と、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとを電気的に接続する内部配線が、第1金属メッキ層331n,331pと第2金属メッキ層332n,332pとをそれぞれ積層して構成されている。
第1金属メッキ層331n,331pは、第1樹脂層311を厚さ方向に貫通するように設けられ、それぞれn側電極13及びp側電極15の上面と電気的に接続されている。平面視において、第1金属メッキ層331n,331pは、第2金属メッキ層332n,332pの内側に内包されるように小さく形成されている。また、第1樹脂層311の側面において、高さ方向の位置Hより下部においても第1樹脂層311から露出しない大きさで形成されている。
なお、図14に示した例では、第1金属メッキ層331n,331pは、平面視で矩形となる四角柱形状に形成されているが、これに限定されず、円柱や多角柱形状などであってもよい。
第2金属メッキ層332n,332pは第2樹脂層312内に設けられ、下面は、それぞれ対応する極性の第1金属メッキ層331n,331pと電気的に接続されている。第2金属メッキ層332n,332pは、図14(a)に示すように、平面視形状が、略正方形の外形から四隅を円弧で切り欠いた形状を有する柱状構造をしている。四隅の切り欠き部及び第2金属メッキ層332nと第2金属メッキ層332pとが対向する面を除き、第2金属メッキ層332n,332pの側面は、第2樹脂層312に被覆されず、対応する3方向の側面と同一面となるように形成されている。また、第2金属メッキ層332n,332pの上面は、第2樹脂層312により被覆されている。
なお、四隅を切り欠くことにより、第2金属メッキ層332n,332pと第2樹脂層312との間の密着性を向上させるとともに、第1樹脂層311と第2樹脂層312との接合面積を増加させることにより、樹脂層31として強固に一体化させることができる。
第1金属メッキ層331n,331p及び第2金属メッキ層332n,332pは、電解メッキ法により形成することができ、良好な電気伝導性及び熱伝導性を有する金属材料を用いることが好ましい。このような金属材料としては、Cu、Au、Ni、Pdを挙げることができる。更にこれらの中で、安価で、比較的に高い電気伝導性及び熱伝導性を有するCuを好適に用いることができる。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、第2樹脂層312に被覆されない第2金属メッキ層332n,332pの側面を被覆するように設けられるとともに、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pの間の領域を除き、更に樹脂層31の位置Hより上部の側面及び上面にまで延在して設けられている。
なお、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを離間させる距離は、例えば、200μm以上とすることが好ましい。これによって、実装時に導電性接着材料による短絡を防止することができる。
また、図14(a)に示すように、上面側に設けられたp側外部接続用電極34pの一部に、電極の極性を識別するための切り欠き部34aが設けられている。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、スパッタリング法又は無電解メッキ法によって形成することができる。
スパッタリング法でn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、例えば、Auを用いて形成する場合において、第2金属メッキ層332n,332pがAu以外の金属、例えばCuのときは、第2金属メッキ層332n,332pとの密着性が向上するように、下層としてNi膜を成膜し、その上にAu膜を積層することが好ましい。
また、スパッタリング法による成膜後に、更に無電解メッキでAu膜を成膜するようにしてもよい。これにより、剥がれの生じ難い強固なn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成することができる。
また、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、第2金属メッキ層332n,332pの側面にのみ設ける場合には、無電解メッキ法によりAu膜を成膜することで形成することもできる。
なお、図15及び図16に示した例のように、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、内部配線である第2金属メッキ層332n,332pの露出部だけでなく、樹脂層31の側面及び上面などに延在するように広い面積に設けることで、実装時の接合信頼性や放熱性を向上させることができる。
また、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを樹脂層31の側面及び上面に延在するように設けることに限定されるものではない。例えば、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、上面に設けないようにしてもよく、実装面となる長手方向の側面にのみ設けるようにしてもよく、第2金属メッキ層332n,332pの第2樹脂層312に被覆されない側面にのみ設けるようにしてもよい。
また、第2金属メッキ層332n,332pの上面の一部又は全部を第2樹脂層312で被覆されないようにし、上面側に設けられたn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと直接接合するようにしてもよい。
[発光装置の動作]
第2実施形態に係る発光装置100Bは、長手方向の何れかの側面又は上面を実装面とし、実装基板に実装される。このとき、当該実装面に設けられたn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pに外部から電力が供給される。n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pから電力が供給されると、内部配線である第2金属メッキ層332n,332p及び第1金属メッキ層331n,331pを介して、n側電極13及びp側電極15間に電力が供給される。その後の動作は、第1実施形態に係る発光装置100と同様であるから説明は省略する。
[発光装置の製造方法]
次に、図16を参照して、図14及び図15に示した発光装置100Bの製造方法について説明する。
図16に示すように、発光装置100Bの製造方法は、発光素子準備工程S201と、第1メッキ層形成工程S202と、第1樹脂層形成工程S203と、第1樹脂層切削工程S204と、第2メッキ層形成工程S205と、第2樹脂層形成工程S206と、内部配線露出工程S207と、外部接続用電極形成工程S208と、成長基板除去工程S209と、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S210と、個片化工程S211と、を含み、この順で各工程が行われる。
以下、図17〜図24を参照(適宜図14〜図16参照)して、各工程について詳細に説明する。
最初の工程である発光素子準備工程S201は、第1実施形態における発光素子準備工程S101と同様であるから説明は省略する。
次に、第1メッキ層形成工程S202において、図17(a)に示すように、p側電極15上の所定領域に、電解メッキ法により、第1金属メッキ層331pを形成する。このとき、第1金属メッキ層331pの高さは、所定の高さ以上に形成する。ここで、所定の高さとは、完成時の第1樹脂層311の高さであり、図17(b)に破線で示した切削線41の高さのことである。
なお、図示は省略したが、n側電極13上の所定領域に、電解メッキ法により、第1金属メッキ層331nを形成する。
この第1メッキ層形成工程S202には、6つのサブ工程が含まれる。
まず、第1サブ工程(第1レジストパターン形成工程)として、フォトリソグラフィ法により、ウエハの上面に、n側電極13及びp側電極15上の所定領域に開口を有する第1レジストパターンを形成する。ここで所定領域とは、n側電極13及びp側電極15上であって、第1金属メッキ層331n,332pが形成される領域と同じか、当該領域を包含する領域のことである。
なお、フォトリソグラフィ法は、感光性樹脂であるフォトレジストを用いてレジストパターンを形成する手法であり、フォトレジストの塗布工程、露光工程及び現像工程が含まれる。
次に、第2サブ工程(シード層形成工程)として、ウエハの上面全体、すなわち、第1サブ工程で形成されたレジストマスク及びn側電極13及びp側電極15上に、スパッタリング法により、Ni及びAuの薄膜を順次に積層することでシード層を形成する。
次に、第3サブ工程(メッキ層形成工程)として、電解メッキ法により、第2サブ工程で形成したシード層を電解メッキの電流経路として用いて、当該シード層上にメッキ層を形成する。このとき、メッキ層の上面の高さが、少なくとも図17(b)に破線で示した切削線41の高さ以上となるように形成する。
次に、第4サブ工程(第2レジストパターン形成工程)として、フォトリソグラフィ法により、第3サブ工程で形成したメッキ層の上面に、第1金属メッキ層331n,331pとなる領域を被覆する第2レジストパターンを形成する。
次に、第5サブ工程(エッチング工程)として、第2レジストパターンをマスクとして、例えば、ウェットエッチングにより、メッキ層及びシード層を除去する。これによって、第1金属メッキ層331n,331pがパターニングされる。
更に、第6サブ工程(レジストパターン除去工程)として、アッシングや薬剤を用いることにより、第1レジストパターン及び第2レジストパターンを除去することで、図17(a)に示すように、パターニングされた第1金属メッキ層331n,331pが完成する。
なお、シード層はメッキ層に比べて十分に薄い層であるため、本明細書では、便宜上、シード層及びメッキ層を合わせて第1金属メッキ層331n,331pとして取り扱うこととする。第2金属メッキ層332n,332pや他の実施形態における金属メッキ層33n,33pについても同様である。
また、第1金属メッキ層331n,331pのパターニングは、エッチングを用いずに、次の方法によって行うこともできる。
すなわち、前記した第2サブ工程でシード層を形成した後に、フォトリソグラフィ法により、第1金属メッキ層331n,331pを形成する領域に開口を有するレジストパターンを形成する。次に、シード層を電流経路とする電解メッキ法により、レジストパターンの開口部内に金属膜を形成する。ここで、レジストパターンの開口部内に形成される金属膜は、所定の第1金属メッキ層331n,331pの形状を有するものである。その後、レジストパターンを除去することにより、第1金属メッキ層331n,331pが完成する。
次に、第1樹脂層形成工程S203において、図17(b)に示すように、第1金属メッキ層331n,331pの上面が被覆されるように(少なくとも、切削線41より高くなるように)、第1樹脂層311を形成する。第1樹脂層311の形成は、第1実施形態における樹脂層形成工程S103と同様にして行うことができるため、詳細な説明は省略する。
なお、n側電極13及び第1金属メッキ層331nを含むn側の配線構造の断面については図示を省略したが、図17(b)に示したp側の配線構造と同様である。
次に、第1樹脂層切削工程S204において、切削装置を用いて、第1樹脂層311を上面側から図17(b)に示した切削線41の厚さになるまで、内在する第1金属メッキ層331n,331pとともに切削する。これによって、図17(c)に示すように、第1金属メッキ層331n,331pの上面が、第1樹脂層311の上面と同一面となるように露出する。
なお、n側電極13及び第1金属メッキ層331nを含むn側の配線構造の断面については図示を省略したが、図17(c)に示したp側の配線構造と同様である。
次に、第2メッキ層形成工程S205において、図18に示すように、第1樹脂層311上に、第2金属メッキ層332n,332pを形成する。
第2メッキ層形成工程S205は、第1メッキ層形成工程S202と類似した方法で行うことができる。
まず、第1樹脂層311の上面及び第1金属メッキ層331n,331pの上面の全体に、第1メッキ層形成工程S202の第2サブ工程と同様にして、シード層を形成する。次に、このシード層の上面に、第1メッキ層形成工程S202の第1サブ工程と同様にして、第2金属メッキ層332n,332pを形成する領域に開口を有するレジストパターンを形成する。そして、第1メッキ層形成工程S202の第3サブ工程〜第6サブ工程と同様の工程を行うことにより、第2金属メッキ層332n,332pを形成することができる。
また、第2金属メッキ層332n,332pのパターニングは、前記したように、フォトリソグラフィ法により、第2金属メッキ層332n,332pの形状に開口を有するレジストパターンを用い、電解メッキ法により、レジストパターンの開口部内に金属膜を形成する方法でも行うことができる。
次に、第2樹脂層形成工程S206において、第1樹脂層形成工程S203と同様にして、図19(a)及び図19(b)に示すように、第2樹脂層312を形成する。
次に、内部配線露出工程S207において、図20(a)〜図20(c)に示すように、境界線40に沿って、上面側から溝31a及び溝31bを形成する。これによって、隣接する発光素子1同士間に連続して形成されていた内部配線である第2金属メッキ層332n,332pが境界線40の箇所で切断され、素子ごとに分離される。そして、第2金属メッキ層332n,332pの切断面が溝31aの内側面に露出する。
なお、図20(a)のC−C線における断面については図示を省略したが、図20(c)に示したp側の配線構造と同様に、n側の配線構造が形成される。
また、溝31aの内側面が発光装置100Bの長手方向の上部側面となり、溝31bの内側面が発光装置100Bの短手方向の上部側面となる。
前記したように第2金属メッキ層332n,332pの切断面を、樹脂層31の側面に露出させるために、少なくとも溝31aは、樹脂層31の上面側から所定範囲の深さで、樹脂層31及び蛍光体層2からなる樹脂の層の一部をダイシング(ハーフダイシング)して除去する。
ここで、溝31aは、後工程である外部接続用電極形成工程S208において、スパッタリング法などにより、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが形成できるような幅で形成する。
なお、第2金属メッキ層332n,332pが短手方向の側面から露出しないように形成する場合は、第2金属メッキ層332n,332pの露出に関与しない溝31bは、溝31aとは異なる深さでハーフダイシングして形成してもよく、本工程では溝31bを形成せずに、個片化工程S211でY軸方向にフルダイシングするようにしてもよい。
ここで、図20(b)及び図20(c)に示すように、高さ方向(Z軸方向)について、第2樹脂層312の上面の位置をH、第2金属メッキ層332n,332pの露出した側面の下端の位置をH、ハーフダイシングにより形成される溝31b(及び溝31a)の下端の位置をH、発光素子1の下端の位置をHとする。
溝31aの深さ、すなわち、位置Hの下限(浅い方の限度)は、位置Hである。位置Hが位置Hより下側とすることにより、第2金属メッキ層332n,332pを切断して、切断面を第2樹脂層312の側面から露出させることができる。また、位置Hの上限(深い方の限度)は、成長基板除去工程S209で成長基板11を除去した後の工程において、ウエハ状態が維持可能な強度を得られる位置である。位置Hの上限は、樹脂の剛性に応じて適宜に定めることができる。
次に、外部接続用電極形成工程S208において、第2金属メッキ層332n,332pの露出した側面と、樹脂層31の側面(溝31a,31bの内側面)及び上面とに延在するn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成する。
この工程は、3つのサブ工程が含まれる。
まず、第1サブ工程(レジストパターン形成工程)として、図21(a)〜図21(c)に示すように、樹脂層31の側面及び上面において、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成しない領域をマスクするレジストパターン61を形成する。すなわち、レジストパターン61は、各素子についてのn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pの間の領域に設けられ、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとなる金属膜を互いに離間して形成させるためのものである。
このため、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成せずに離間させる領域については、図21(c)に示すように、溝31aの内側面にもレジストパターン61を形成する。
なお、図21(c)は、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34p間の領域に相当する図21(a)のE−E線における断面である。
このレジストパターンは、例えば、静電吐出方式により高粘度のレジスト材料を吐出することで高精度に塗布可能な塗布装置(例えば、エンジニアリングシステム株式会社のQ−jet(登録商標)シリーズ)を好適に用いることができる。
なお、レジストパターン61は、フォトリソグラフィ法を用いて形成することもできる。
次に、第2サブ工程(金属膜成膜工程)として、スパッタリング法により、ウエハ全体に金属膜を成膜する。なお、第2金属メッキ層332n,332pとの密着性を向上させるために、下層としてNi膜を成膜した後に、Au膜を成膜することが好ましい。
そして、第3サブ工程(レジストパターン除去工程)として、レジストパターン61を除去する(リフトオフする)ことにより、図22(a)及び図22(b)に示すように、第2サブ工程で成膜された金属膜がパターニングされて、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが形成される。
このように、マスクであるレジストパターンを併用したスパッタリング法により、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成することにより、内部配線である第2金属メッキ層332n,332pの露出部だけでなく、樹脂層31の側面や上面にまで延在するように、広い面積にn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成することができる。
次に、成長基板除去工程S209において、第1実施形態における成長基板除去工程S104と同様にして、図23(a)に示すように、成長基板11を剥離して除去する。なお、半導体積層体12の裏面を粗面化して凹凸形状12c(図3参照)を形成するようにしてもよい。
次に、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S210において、第1実施形態における蛍光体層形成工程S105と同様にして、図23(b)に示すように、半導体積層体12の下面側に蛍光体層2を形成する。
最後に、個片化工程S211において、第1実施形態における個片化工程S108と同様にして、図21(a)などに太い破線で示した境界線40に沿って、蛍光体層2の下面側からダイシングすることで、図24(a)及び図24(b)に示すように、溝31a,31bの下面に達する深さの溝31c,31dを形成する。これによって、発光装置100Bが個片化される。
ここで、溝31c,31dを溝31a,31bの下面に達するまでとは、溝31c,31dの上面の位置Hが、溝31a,31bの下面の位置H(図22(a)及び図22(b)参照)よりも上方か同じになることをいうものである。これによって、溝31aと溝31cと、及び溝31bと溝31dとがそれぞれ連通して、発光装置100Bが分離される。
また、溝31c,31dの幅は、溝31a,31bよりも広くし、平面視で、溝31aが溝31cに、溝31bが溝31dにそれぞれ内包されるように形成することが好ましい。これによって、第1実施形態の個片化工程S108と同様に、確実に個片化することができ、更に、溝31cの内側面である発光装置100Bの下部側面が、溝31aの内側面である発光装置100Bの上部側面よりも発光装置100Bの内側となるように段差が形成される。
なお、発光装置100Bの短手方向の側面を実装面としない場合は、溝31dの幅を溝31bの幅より広くして、短手方向の側面に段差を形成する必要はない。
以上の工程により、図14及び図15に示した発光装置100Bが完成する。
<変形例>
次に、図25及び図26を参照(適宜図16参照)して、第2実施形態に係る発光装置100Bの製造方法の変形例について説明する。
図16に示したように、第2実施形態において、内部配線は、2段階の電解メッキを行うことにより、第1金属メッキ層331n,331pと第2金属メッキ層332n,332pとが積層されるように形成した。これに対して、本変形例に係る製造方法は、内部配線を1段階の電解メッキを行うことで形成するものである。
本変形例に係る製造方法は、次の手順で行われる。なお、第2実施形態と同様に行う工程については、同じ工程名称及びステップ番号を挙げて、詳細な説明は省略する。
まず、発光素子準備工程S201を行った後に、第1メッキ層形成工程S202に代えて、第1レジストパターン形成工程を行う。この第1レジストパターン形成工程においては、フォトリソグラフィ法により、図25(a)に示すように、n側電極13及びp側電極15上の第1金属メッキ層331n,331p(図17(a)参照)が配置されるのと同じ領域に、第1金属メッキ層331n,331pと同じ平面視形状を有する第1レジストパターン62を形成する。このとき、第1レジストパターン62の高さは、所定の高さ以上に形成する。ここで、所定の高さとは、完成時の第1樹脂層311の高さであり、図25(b)に破線で示した切削線41の高さのことである。
次に、第1樹脂層形成工程S203と同様にして、図25(b)に示すように、第1樹脂層311を、上面が切削線41よりも高くなるように形成する。これにより、第1レジストパターン62は、第1樹脂層311内に埋設された状態となる。
次に、第1樹脂層切削工程S204と同様にして、切削装置を用いて、第1樹脂層311を上面側から図25(b)に示した切削線41の厚さになるまで、内在する第1レジストパターン62とともに切削する。これによって、図25(c)に示すように、第1レジストパターン62の上面が、第1樹脂層311の上面と同一面となるように露出する。
そして、次の工程(第1レジストパターン除去工程)において、アッシングや薬剤を用いることにより、図25(d)に示すように、第1レジストパターン62を除去する。これによって、第1樹脂層311に開口部が形成され、当該開口部においてn側電極13及びp側電極15の上面の一部が露出する。
次に、第2メッキ層形成工程S205に代えて、変形メッキ層形成工程を行う。この変形メッキ層形成工程において、第1金属メッキ層331nと第2金属メッキ層332nとが一体化した形状の金属メッキ層33n(図26(d)参照)、及び第1金属メッキ層331pと第2金属メッキ層332pとが一体化した形状の金属メッキ層33p(図26(d)参照)を形成する。
この変形メッキ層形成工程には5つのサブ工程が含まれ、第1メッキ層形成工程S202の前記したサブ工程を組み合わせて構成することができる。
まず、第1サブ工程(シード層形成工程)として、第1メッキ層形成工程S202の第2サブ工程と同様にして、第1樹脂層311の表面及び露出したn側電極13及びp側電極15上に、シード層を形成する。
次に、第2サブ工程(メッキ層形成工程)として、第1メッキ層形成工程S202の第3サブ工程と同様にして、上面が所定の高さとなるように、図26(a)に示すように、金属メッキ層33を形成する。このサブ工程で形成される金属メッキ層33は、第1樹脂層311の開口部内を含めた表面全体に形成される金属膜である。
次に、第3サブ工程(第2レジストパターン形成工程)として、第1メッキ層形成工程S202の第4サブ工程と同様にして、図26(b)に示すように、金属メッキ層33の上面に、金属メッキ層33n,33pとなる領域を被覆する第2レジストパターン63を形成する。
次に、第4サブ工程(エッチング工程)として、第1メッキ層形成工程S202の第5サブ工程と同様にして、図26(c)に示すように、第2レジストパターン63をマスクとするエッチングにより、金属メッキ層33及びシード層を除去する。これによって、金属メッキ層33n,33pがパターニングされる。
更に、第5サブ工程(第2レジストパターン除去工程)として、第1メッキ層形成工程S202の第6サブ工程と同様にして、第2レジストパターン63を除去することで、図26(d)に示すように、金属メッキ層33n,33pが完成する。
なお、図26(d)に示した状態は、図18(a)〜図18(c)に示した状態、すなわち、第2メッキ層形成工程S205を行った後の状態と実質的に同じである。
続いて、第2樹脂層形成工程S206〜個片化工程S211を行うことにより、図14及び図15に示した発光装置100Bを作製することができる。
<第3実施形態>
[発光装置の構成]
次に、図27及び図28を参照して、第3実施形態に係る発光装置について説明する。
図27及び図28に示すように、第3実施形態に係る発光装置100Cは、発光素子1と蛍光体層2と支持体3Cとを備えて構成されている。第3実施形態に係る発光装置100Cは、図14及び図15に示した第2実施形態に係る発光装置100Bとは、支持体3Bに代えて支持体3Cを備えることが異なる。
発光素子1及び蛍光体層2は、第1実施形態に係る発光装置100又は第2実施形態に係る発光装置100Bと同様のものを用いることができるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態における支持体3Cは、発光素子1側から順に、内部配線として金属ワイヤ32n,32pを内部に有する第1樹脂層311と、内部配線として金属メッキ層33n,33pを内部に有する第2樹脂層312とを積層して構成される樹脂層31を備えている。また、支持体3Cの側面には、高さ方向(Z軸方向)の位置Hを境として段差が設けられ、位置Hよりも下部が上部よりも平面視で内側になるように形成されている。また、支持体3Cの下面側に接続して設けられる蛍光体層2は、平面視で支持体3Cの底面と同じ形状に形成されている。
また、第2樹脂層312に内在する内部配線である金属メッキ層33n,33pは、金属メッキ層33n,33p同士が対向する側面を除き、他の3側面及び上面が、第2樹脂層312の対応する側面及び上面と同一面をなすように形成されている。
そして、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが、金属メッキ層33n,33pの第2樹脂層312によって被覆されていない3側面及び上面を被覆するように設けられている。
このため、発光装置100Cは、長手方向の何れの側面を実装面としてもサイドビュー型実装が可能であるとともに、上面を実装面とするトップビュー型実装も可能となるように構成されている。
すなわち、本実施形態における支持体3Cは、第2実施形態における支持体3Bに対して、第1樹脂層311に内在する内部配線として金属メッキ層に代えて金属ワイヤを備えることと、第2樹脂層312に内在する内部配線である金属メッキ層の形状と、外部接続用電極が設けられる領域とが異なる。
樹脂層31は、第1樹脂層311と第2樹脂層312とを積層して構成されている。
第1樹脂層311は、厚さ方向(Z軸方向)に貫通するように、内部配線である金属ワイヤ32n,32pを内部に有している。また、前記した側面の段差の境である位置Hは、第1樹脂層311の側面の上端の位置Hから下端の位置Hの間となるように設けられている。
第2樹脂層312は、内部配線である金属メッキ層33n,33pを内部に有しており、金属メッキ層33n,33pの下面、上面、及び3側面が第2樹脂層312から露出して、それぞれの露出面が第2樹脂層312の対応する面と同一面をなすように構成されている。
また、第1樹脂層311及び第2樹脂層312は良好に密着して一体化した樹脂層31を形成している。
第1樹脂層311及び第2樹脂層312は、第2実施形態における第1樹脂層311及び第2樹脂層312と同様の樹脂材料を用いることができるため、詳細な説明は省略する。
金属ワイヤ32n,32pは、第1樹脂層311を厚さ方向に貫通するように設けられ、それぞれn側電極13及びp側電極15の上面と電気的に接続されている。平面視において、金属ワイヤ32n,32pは、金属メッキ層33n,33pの内側に内包されるように小さく形成されている。また、金属ワイヤ32n,32pは、第1樹脂層311の側面において露出しないように配線されている。また、金属ワイヤ32n,32pの上面は、第1樹脂層311の上面と同一面をなしており、金属メッキ層33n,33pの下面と電気的に接続されている。
なお、金属ワイヤ32n,32pとしては、第1実施形態における金属ワイヤ32n,32pと同様のものを用いることができる。
金属メッキ層33n,33pは第2樹脂層312内に設けられ、下面は、それぞれ対応する極性の金属ワイヤ32n,32pと電気的に接続されている。金属メッキ層33n,33pは、平面視形状が、略正方形の外形を有する柱状構造をしている。また、金属メッキ層33nと金属メッキ層33pとが対向する面を除き、金属メッキ層33n,33pの3側面及び上面は、第2樹脂層312に被覆されず、対応する3方向の側面及び上面と同一面をなすように形成されている。
なお、金属メッキ層33n,33pは、第2実施形態における第2金属メッキ層332n,332pと同様に、平面視形状で略正方形の四隅を切り欠くことにより、金属メッキ層33n,33pと第2樹脂層312との間の密着性を向上させるとともに、第1樹脂層311と第2樹脂層312との接合面積を増加させることにより、樹脂層31として強固に一体化させるように構成してもよい。
金属メッキ層33n,33pは、第2実施形態における第1金属メッキ層331n,331p及び第2金属メッキ層332n,332pと同様に、電解メッキ法により、同様の材料を用いて形成することができる。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、第2樹脂層312に被覆されない金属メッキ層33n,33pの側面及び上面を被覆するように設けられている。
また、図27(a)に示すように、上面側に設けられたp側外部接続用電極34pの一部に、電極の極性を識別するための切り欠き部34aが設けられている。
n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、金属メッキ層33n,33pの第2樹脂層312によって被覆されない露出した側面及び上面にのみ設けられるため、無電解メッキ法によって簡便に形成することができる。
なお、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、金属メッキ層33n,33pと異なる金属を用いる場合は、金属多層膜として、下層側に金属メッキ層33n,33pとの密着性が良好な金属膜を設けるようにしてもよい。例えば、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pとしてAuを用い、金属メッキ層33n,33pとしてCuを用いる場合は、密着層として下層側にNi膜を設け、その上にAu膜を設けるようにすることができる。
また、第2実施形態のように、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが、第2樹脂層312の表面にまで延在するように設けるようにしてもよい。この場合は、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、スパッタリング法又はスパッタリング法と無電解メッキ法とを併用した方法で形成することができる。
[発光装置の動作]
第3実施形態に係る発光装置100Cは、第2実施形態に係る発光装置100Bと同様に、長手方向の何れかの側面又は上面を実装面とし、実装基板に実装される。発光装置100Cは、発光装置100Bとは、主として内部配線の構成が異なるだけであるから、動作についての詳細な説明は省略する。
[発光装置の製造方法]
次に、図29を参照して、図27及び図28に示した発光装置100Cの製造方法について説明する。
図29に示すように、発光装置100Cの製造方法は、発光素子準備工程S301と、ワイヤ配線工程S302と、第1樹脂層形成工程S303と、第1樹脂層切削工程S304と、メッキ層形成工程S305と、第2樹脂層形成工程S306と、第2樹脂層切削工程S307と、内部配線露出工程S308と、外部接続用電極形成工程S309と、成長基板除去工程S310と、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S311と、個片化工程S312と、を含み、この順で各工程が行われる。
以下、図30〜図38を参照(適宜図27〜図29参照)して、各工程について詳細に説明する。
最初の工程である発光素子準備工程S301は、第1実施形態における発光素子準備工程S101と同様であるから説明は省略する。
次に、ワイヤ配線工程S302において、図30(a)及び図30(b)に示すように、成長基板11上の各発光素子1について、n側電極13とp側電極15とを接続するように、ワイヤボンダを用いて金属ワイヤ32を配線する。配線された金属ワイヤ32は、図30(b)に示すように、正面視(Y軸方向から観察)でΠ字形状又は逆U字形状となるように配線する。このとき、n側電極13及びp側電極15の金属ワイヤ32の接合面から垂直方向又は垂直に近い方向に延伸する部分が、少なくとも所定の高さより高くなるように配線する。ここで所定の高さとは、図27(b)に示した第1樹脂層311の上面の高さであり、図31(a)に破線で示した切削線42の高さである。
なお、本例では、金属ワイヤ32を、各発光素子1内のn側電極13及びp側電極15間に配線するようにしたが、これに限定されず、例えば、隣接する発光素子1のn側電極13間やp側電極15間に配線するようにしてもよい。
次に、第1樹脂層形成工程S303において、図31(a)に示すように、発光素子1及び金属ワイヤ32を完全に封止するように、例えば、金型を用いた圧縮成型により第1樹脂層311を形成する。このとき、第1樹脂層311は、上面が少なくとも切削線42の高さよりも高くなるように形成する。
次に、第1樹脂層切削工程S304において、切削装置を用いて、第1樹脂層311を上面側から切削線42の厚さになるまで、内在する金属ワイヤ32とともに切削する。これによって、金属ワイヤ32は、2本の金属ワイヤ32n,32pに分離されるとともに、図31(b)に示すように、第1樹脂層311の上面と同一面となるように、金属ワイヤ32の横断面が、金属ワイヤ32n,32pの上面として露出する。
次に、メッキ層形成工程S305において、図32(a)及び図32(b)に示すように、金属ワイヤ32n,32pの上面及び第1樹脂層311の上面の所定の領域に、金属メッキ層33n,33pを形成する。このとき、金属メッキ層33n,33pの上面は、所定の高さ以上となるように形成する。ここで所定の高さとは、図27及び図28に示した第2樹脂層312の高さであり、図33に示した切削線43の高さである。
なお、メッキ層形成工程S305は、第2実施形態における第2メッキ層形成工程S205と同様にして行うことができるため、詳細な説明は省略する。
また、図30(a)のC−C線に相当する断面については図示を省略したが、図32(b)に示したp側の配線構造と同様に、n側の配線構造が形成される。以降の工程についても、同様である。
次に、第2樹脂層形成工程S306において、図33に示すように、金属メッキ層33n,33pを封止するように、例えば、金型を用いた圧縮成型により第2樹脂層312を形成する。このとき、第2樹脂層312は、上面が少なくとも切削線43の高さよりも高くなるように形成する。
次に、第2樹脂層切削工程S307において、切削装置を用いて、第2樹脂層312を上面側から切削線43の厚さになるまで、内在する金属メッキ層33n,33pとともに切削する。これによって、図34(a)及び図34(b)に示すように、第2樹脂層312の上面と同一面となるように、金属メッキ層33n,33pの上面が露出する。
次に、内部配線露出工程S308において、第2実施形態における内部配線露出工程S207と同様にして、図35(a)及び図35(b)に示すように、境界線40に沿って、上面側から溝31a及び溝31bを形成する。これによって、隣接する発光素子1同士間に連続して形成されていた内部配線である金属メッキ層33n,33pが境界線40の箇所で切断され、素子ごとに分離される。そして、金属メッキ層33n,33pの切断面が第2樹脂層312の側面から露出する。
また、溝31aの内側面が発光装置100Cの長手方向の上部側面となり、溝31bの内側面が発光装置100Cの短手方向の上部側面となる。
前記したように金属メッキ層33n,33pの切断面を、樹脂層31の側面に露出させるために、少なくとも溝31aは、樹脂層31の上面側から所定範囲の深さで、樹脂層31及び蛍光体層2からなる樹脂の層の一部をダイシング(ハーフダイシング)して除去する。
ここで、溝31aは、後工程である外部接続用電極形成工程S309において、無電解メッキ法などにより、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが形成できるような幅で形成する。
なお、金属メッキ層33n,33pが短手方向の側面から露出しないように形成する場合は、金属メッキ層33n,33pの露出に関与しない溝31bは、溝31aとは異なる深さでハーフダイシングして形成してもよく、本工程では溝31bを形成せずに、個片化工程S312でY軸方向にフルダイシングするようにしてもよい。
ここで、図35(a)及び図35(b)に示すように、高さ方向(Z軸方向)について、第2樹脂層312の上面の位置をH、金属メッキ層33n,33pの露出した側面の下端の位置をH、ハーフダイシングにより形成される溝31a(及び溝31b)の下端の位置をH、発光素子1の下端の位置をHとする。
溝31aの深さ、すなわち、位置Hの下限(浅い方の限度)は、位置Hである。位置Hが位置Hより下側とすることにより、金属メッキ層33n,33pを切断して、切断面を第2樹脂層312の側面から露出させることができる。また、位置Hの上限(深い方の限度)は、成長基板除去工程S310で成長基板11を除去した後の工程において、ウエハ状態が維持可能な強度を得られる位置である。位置Hの上限は、樹脂の剛性や、樹脂層31と蛍光体層2との接合強度に応じて適宜に定めることができる。
次に、外部接続用電極形成工程S309において、図36(a)及び図36(b)に示すように、金属メッキ層33n,33pの露出した側面及び上面に、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成する。
なお、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、第1実施形態における外部接続用電極形成工程S107と同様に、無電解メッキ法を用いて形成することができるため、詳細な説明は省略する。
次に、成長基板除去工程S310において、図37(a)に示すように、成長基板11を除去する。
続けて、蛍光体層形成工程(波長変換層形成工程)S311において、図37(b)に示すように、半導体積層体12の下面側に蛍光体層2を形成する。
なお、成長基板除去工程S310及び蛍光体層形成工程S311は、それぞれ第1実施形態における成長基板除去工程S104及び蛍光体層形成工程S105と同様にして行うことができるため、詳細な説明は省略する。
最後に、個片化工程S312において、第2実施形態における個片化工程S211と同様にして、図37(b)などに太い破線で示した境界線40に沿って、蛍光体層2の下面側からダイシングすることで、図38(a)及び図38(b)に示すように、溝31a,31bの下面に達する深さの溝31c,31dを形成する。これによって、発光装置100Cが個片化される。
以上の工程により、図27及び図28に示した発光装置100Cが完成する。
<変形例>
次に、図39を参照して、ワイヤ配線工程S302の変形例について説明する。
前記した各実施形態において、金属ワイヤ32n,32pを形成する際に、ワイヤボンダ50を用いて、n側電極13とp側電極15との間との間に金属ワイヤ32を配線することを説明した。図39(b)に示すように、ワイヤボンダ50を用いて、金属ワイヤ32の端部をn側電極13等の上面に加圧するとともに超音波振動を印加するボールボンディングにより、金属ワイヤ32の端部がn側電極13等に融着する。このとき、融着部には、金属ワイヤ32のワイヤ径よりも大きなボール状のバンプ32aが形成される。
本変形例では、内部配線として金属ワイヤ32に代えて、図39(a)に示すように、バンプ32aを積層したバンプ積層体(金属ワイヤバンプ)32Aを用いるものである。前記したように、バンプ積層体32Aは、元の金属ワイヤ32より太く形成される。このため、バンプ積層体32Aを用いることにより、金属ワイヤ32を用いた場合よりも内部配線の熱抵抗が低くなり、その結果、発光装置100Cの放熱性を向上させることができる。
なお、バンプ積層体32Aを内部配線として用いる際に、バンプ32aの積層数は2以上に限定されず、1個であってもよい。
また、バンプ積層体32Aは、ワイヤボンダ50により、バンプ32aの形成と当該バンプ32aの上端での金属ワイヤ32の切断とを繰り返すことにより形成することができる。バンプ積層体32Aは、金属ワイヤ32と比較して径が太く、第1樹脂層311を形成する際に倒れない程度の十分な剛性を有するように形成できるため、2つの電極間にΠ字状や逆U字状などのアーチ状に配線する必要がない。従って、本変形例では、ワイヤ配線工程において、各n側電極13等の上面に、所定の高さ以上(発光装置100Cが完成時の当該バンプ積層体32Aが内在する第1樹脂層311の厚さ以上)となるようにバンプ積層体32Aを形成する。
なお、後続の工程である第1樹脂層形成工程S303及び第1樹脂層切削工程S304は、金属ワイヤ32を内部配線として用いる場合と同様に行うことができる。
更にまた、第1実施形態に係る発光装置100又はその変形例に係る発光装置100Aにおいて、L字状やT字状に配線される内部配線の一部について、金属ワイヤ32に代えて、バンプ積層体32Aを用いて形成するようにしてもよい。
例えば、内部配線のn側電極13及びp側電極15の上面から垂直方向に延伸する部分について、バンプ積層体32Aを用いることができる。そして、垂直方向に延伸して形成されたバンプ積層体32Aの上面間に金属ワイヤ32を水平方向に配線することで、L字状又はT字状の内部配線構造を形成することができる。
<その他の変形例>
以上、本発明に係る発光装置の例として、3つの実施形態及びそれらの変形例について説明したが、更にその他の変形例について説明する。
例えば、内部配線として金属ワイヤ32を用いた発光装置100及び発光装置100Aにおいて、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、樹脂層31の長手方向の側面から露出した金属ワイヤ32の端面上にのみ設けたが、これに限定されるものではない。n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、金属ワイヤ32の端面に加えて、樹脂層31の長手方向の側面、短手方向の側面、及び上面にまで延在するように設けてもよい。n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、樹脂層31の側面及び上面などに延在するように広い面積に設けることで、金属ワイヤ32の端面の面積が小さい場合であっても、実装基板と広い接触面積を確保することができるため、接合信頼性や放熱性を向上させることができる。
なお、樹脂層31の側面や上面にまで延在するようなn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pは、第2実施形態における外部接続用電極形成工程S208(図16参照)と同様にして形成することができる。またこの場合、金属ワイヤ32の端面は、樹脂層31の長手方向の側面から露出する場合に限らず、短手方向の側面や上面から露出させて、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと接続するように構成することもできる。
また、発光装置100B及び発光装置100Cは、内部配線を有する樹脂層31を2層で構成したが、これに限定されず、3層以上で構成するようにしてもよい。また、各層に内在する内部配線は、金属ワイヤ、バンプ積層体、金属メッキ層などを適宜な組み合わせで、また適宜な順序で積層するようにしてもよい。
また、第1実施形態において、成長基板除去工程S104及び蛍光体層形成工程S105を、外部接続用電極形成工程S107の後に行うようにしてもよい。
また、第2実施形態において、成長基板除去工程S209及び蛍光体層形成工程S210を、内部配線露出工程S207の前に行うようにしてもよい。同様に、第3実施形態において、成長基板除去工程S310及び蛍光体層形成工程S311を、内部配線露出工程S308の前に行うようにしてもよい。
以上説明したように、本発明の発光装置100は、ウエハレベルでのチップ・スケール・パッケージ(WCSP)として製造することができる。その製造方法において、発光素子1の境界領域の樹脂層31をダイシング等により除去(ハーフダイシング)することにより、個片化した際の樹脂層31の側面を形成するとともに、その側面に内部配線である金属(金属ワイヤや金属メッキ層など)を露出させ、当該露出部と電気的に接続する外部接続用のパッド電極であるn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成する。これによって、ウエハレベルでサイドビュー実装型として使用可能なWCSPを製造することができる。
また、本発明の製造方法によれば、樹脂層31の側面において、内部配線の端面と電気的に接続するn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを形成することができる。このため、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、例えばAuを用いて形成する場合でも、内部配線として、Auに比べて安価なCu又はAlなどを内部配線に用いて形成することができる。従って、コストを抑制しつつ体積の大きな内部配線を設けることができる。その結果、発光装置は良好な放熱性を得ることができる。
[発光装置の実装]
次に、図40及び図41を参照して、本発明の実施形態に係る発光装置を実装基板に実装する形態について説明する。また、ここでは第3実施形態に係る発光装置100Cを例として説明するが、他の実施形態についても同様である。
なお、以下の説明において、発光装置100Cを基準とした座標系を用いることとする。当該座標系では、発光素子1において、支持体3Cが設けられた側と反対側の面(蛍光体層2が設けられた面)が光取り出し方向であり、主として「−Z軸方向」に光が出射される。
(サイドビュー型の実装)
まず、図40を参照して、発光装置100Cを実装基板90にサイドビュー型で実装する場合について説明する。
図40(a)及び図40(b)に示すように、実装基板90は、基板91と配線パターン92とを備え、配線パターン92が設けられた面が実装面である。そして、配線パターン92上に半田などの導電性の接着材料93を用いて発光装置100Cのn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと接合することで、発光装置100Cを実装する。
発光装置100Cをサイドビュー型で実装する場合は、発光装置100Cからの光の出射方向が実装基板90の基板面に平行な方向となるように実装する。図40に示した例では、発光装置100Cの長手方向の一方の側面を実装面として、当該側面に設けられているn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、それぞれ対応する極性の配線パターン92と接着材料93を用いて接合することで実装されている。
また、発光装置100Cは、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pが、長手方向の側面に加えて、短手方向の側面(図40(a)において左側及び右側の面)及び上面(図40(b)において左側の面)にも延在するように設けられているため、接着材料93がこれらの面まで回り込んでいる。このため、発光装置100Cを実装基板90に高い強度で接合することができる。
なお、接着材料93の回り込みによる接合強度が向上することは、第2実施形態に係る発光装置100Bも同様である。
また、発光装置100Cは、高さ方向(Z軸方向。図40(b)において横方向)の位置Hよりも下部(図40(b)において右側)が、上部よりも内側になるように段差が形成されているため、実装時に下部に邪魔されてn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pと配線パターン92との間に浮きが生じて密着性が低下することがない。これによって、高い信頼性で発光装置100Cを実装基板90に実装することができる。
なお、発光装置の実装面に段差を設けることで実装の信頼性が向上することは、他の実施形態に係る発光装置100、発光装置100A及び発光装置100Bについても同様である。
(トップビュー型の実装)
次に、図41を参照して、発光装置100Cを実装基板90にトップビュー型で実装する場合について説明する。
発光装置100Cをトップビュー型で実装する場合は、発光装置100Cからの光の出射方向が実装基板90の基板面に垂直な方向となるように実装する。図41に示した例では、発光装置100Cの上面を実装面として、上面に延在して設けられているn側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、それぞれ対応する極性の配線パターン92と接着材料93を用いて接合することで実装されている。
このように、発光装置100Cや第2実施形態に係る発光装置100Bのように、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、長手方向の側面に加えて、上面に延在するように設けることにより、サイドビュー型だけでなく、トップビュー型の実装を行うことも可能となる。
なお、第1実施形態に係る発光装置100及びその変形例に係る発光装置100Aについても、n側外部接続用電極34n及びp側外部接続用電極34pを、樹脂層31の上面にまで延在するように設けることにより、トップビュー型の実装が可能なように構成することができる。
以上、本発明に係る発光装置及びその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
1,1A 発光素子(半導体発光素子)
11 成長基板
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12a 発光層
12p p型半導体層
12b 段差部
12c 凹凸形状
13 n側電極
13a 接合部
14 全面電極
14a 反射電極
14b カバー電極
15 p側電極
15a パッド電極層
15b 衝撃吸収層
16 保護層
2 蛍光体層(波長変換層)
3,3A,3B,3C 支持体
31 樹脂層
311 第1樹脂層
312 第2樹脂層
313 第3樹脂層
31a,31b 溝
31c,31d 溝
32 金属ワイヤ
32n,32p 金属ワイヤ(内部配線、金属ワイヤ)
32na,32pa 端面
32A バンプ積層体(内部配線、金属ワイヤバンプ)
32a バンプ
33 金属メッキ層
33n,33p 金属メッキ層(内部配線、金属メッキ層)
331n,331p 第1金属メッキ層(内部配線、金属メッキ層)
332n,332p 第2金属メッキ層(内部配線、金属メッキ層)
34n n側外部接続用電極
34p p側外部接続用電極
34a 切り込み部
40 境界線
41,42,43 切削線
50 ワイヤボンダ
61 レジストパターン(マスク)
62,63 レジストパターン
90 実装基板
91 基板
92 配線パターン
93 接着材料
100,100A,100B,100C 発光装置

Claims (11)

  1. p型半導体層及びn型半導体層を積層してなる半導体積層体を有し、前記半導体積層体の一方の面に、前記p型半導体層と電気的に接続されるp側電極及び前記n型半導体層と電気的に接続されるn側電極を有する半導体発光素子を備える発光装置の製造方法であって、
    成長基板上に複数の前記半導体発光素子が配列して形成されたウエハを準備する発光素子準備工程と、
    前記半導体積層体の一方の面側に、前記p側電極と接続するp側内部配線と、前記n側電極と接続するn側内部配線とを内部に有する樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
    前記複数の半導体発光素子間の境界領域において、前記樹脂層の上面側から前記樹脂層の厚さ方向の一部又は全部を、除去される前記樹脂層の範囲の前記p側内部配線及び前記n側内部配線とともに除去することにより、前記p側内部配線及び前記n側内部配線を露出させる内部配線露出工程と、
    前記p側内部配線の露出部と電気的に接続するp側外部接続用電極と、前記n側内部配線の露出部と電気的に接続するn側外部接続用電極とを形成する外部接続用電極形成工程と、
    前記複数の半導体発光素子間の境界領域において、前記内部配線露出工程で除去した領域に達するまで、前記半導体積層体の他方の面側から前記半導体積層体又は前記樹脂層、若しくは前記半導体積層体及び前記樹脂層の厚さ方向の一部又は全部を、前記内部配線露出工程で除去する領域の幅より広い幅で除去することで、前記ウエハを複数の前記半導体発光素子に個片化する個片化工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記外部接続用電極形成工程は、前記p側内部配線及び前記n側内部配線の露出面に無電解メッキ法により金属膜を形成することにより前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極を形成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記外部接続用電極形成工程は、前記各半導体発光素子についての前記p側内部配線の露出部と前記n側内部配線の露出部との間における前記樹脂層の表面を被覆するマスクを形成し、
    前記内部配線の露出面を含む前記樹脂層の表面にスパッタリング法により金属膜を形成し、
    前記マスクを除去することにより前記スパッタリング法により形成した金属膜をパターニングして前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極を形成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。
  4. p型半導体層及びn型半導体層を積層してなる半導体積層体を有し、前記半導体積層体の一方の面に、前記p型半導体層と電気的に接続されるp側電極及び前記n型半導体層と電気的に接続されるn側電極を有する半導体発光素子を備える発光装置の製造方法であって、
    成長基板上に複数の前記半導体発光素子が配列して形成されたウエハを準備する発光素子準備工程と、
    前記半導体積層体の一方の面側に、前記p側電極と接続するp側内部配線と、前記n側電極と接続するn側内部配線とを内部に有する樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
    前記複数の半導体発光素子間の境界領域において、前記樹脂層の上面側から前記樹脂層の厚さ方向の一部又は全部を、除去される前記樹脂層の範囲の前記p側内部配線及び前記n側内部配線とともに除去することにより、前記p側内部配線及び前記n側内部配線を露出させる内部配線露出工程と、
    前記各半導体発光素子についての前記p側内部配線の露出部と前記n側内部配線の露出部との間における前記樹脂層の表面を被覆するマスクを形成し、
    前記内部配線の露出面を含む前記樹脂層の表面にスパッタリング法により金属膜を形成し、
    前記マスクを除去することにより前記スパッタリング法により形成した金属膜をパターニングしてp側外部接続用電極及びn側外部接続用電極を形成する外部接続用電極形成工程と、
    前記ウエハを複数の前記半導体発光素子に個片化する個片化工程と、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
  5. 前記外部接続用電極形成工程は、前記マスクを除去した後に、前記スパッタリング法により形成した金属膜上に、更に無電解メッキ法により金属膜を積層して前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極を形成することを特徴とする請求項3又は4に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記樹脂層形成工程よりも後に、前記成長基板を除去する成長基板除去工程を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記発光素子準備工程よりも後に、又は成長基板除去工程を含む場合においては前記成長基板除去工程よりも後に、前記半導体積層体の他方の面側に、前記半導体発光素子が発光する波長の光を異なる波長の光に変換する波長変換層を形成する波長変換層形成工程を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記内部配線は、Cu、Al又はこれらの金属を主成分とする合金から選択される材料からなり、
    前記p側外部接続用電極及びn側外部接続用電極は、少なくとも最表面がAu又はAuを主成分とする合金から選択される材料からなることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  9. p型半導体層及びn型半導体層を積層してなる半導体積層体を有し、前記半導体積層体の一方の面に、前記p型半導体層と電気的に接続されるp側電極及び前記n型半導体層と電気的に接続されるn側電極を有する半導体発光素子と、
    前記半導体積層体の前記一方の面側に設けられる樹脂層を有する支持体と、を備え、
    前記支持体は、p側外部接続用電極及びn側外部接続用電極が側面に設けられ、前記p側電極と前記p側外部接続用電極との間を電気的に接続するp側内部配線と、前記n側電極と前記n側外部接続用電極との間を電気的に接続するn側内部配線とを前記樹脂層の内部に有し、
    前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極が設けられる前記樹脂層の側面は、前記半導体発光素子が設けられた側の端部を含む面、前記p側外部接続用電極及び前記n側外部接続用電極が設けられた面よりも内側にあることを特徴とする発光装置。
  10. 前記半導体積層体の他方の面側に設けられ、前記半導体発光素子が発光する波長の光を異なる波長の光に変換する波長変換層を備えることを特徴とする請求項に記載の発光装置。
  11. 前記内部配線は、Cu、Al又はこれらの金属を主成分とする合金から選択される材料からなり、
    前記p側外部接続用電極及びn側外部接続用電極は、少なくとも最表面がAu又はAuを主成分とする合金から選択される材料からなることを特徴とする請求項9又は10に記載の発光装置。
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