JP6071661B2

JP6071661B2 - 半導体発光装置

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Publication number: JP6071661B2
Application number: JP2013048299A
Authority: JP
Inventors: 壽之貴志; 小泉　洋; 洋小泉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: US20140252387A1; CN104051591A; TW201436297A; TWI531093B; US9041036B2; JP2014175543A

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。

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、高い信頼性が求められる。

特許第４７９９６０６号公報

本発明の実施形態は、信頼性の高い半導体発光装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、第１柱部と、第２柱部と、波長変換層と、発光部と、樹脂部と、中間層と、を含む半導体発光装置が提供される。前記第１柱部は、第１方向に延び、導電性である。前記第１柱部は、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、導電性である。前記波長変換層は、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。前記発光部は、前記第１柱部の少なくとも一部と前記波長変換層との間に設けられた第１半導体部分と、前記第２柱部と前記波長変換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第１光を放出する発光層と、を含む。前記樹脂部は、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。前記中間層は、前記第１半導体層と前記波長変換層とに接する第１部分と、前記樹脂部と前記波長変換層とに接する第２部分と、を含み、前記第１光のピーク波長よりも薄い厚さを有し前記波長変換層に含まれる材料とは異なる材料を含む。前記中間層は、複数のフィラーを含む。前記複数のフィラーの少なくともいずれかは、中心部と、前記中心部の周りの外殻と、を有する。前記中心部の密度は、前記外殻の密度よりも低い。
本発明の別の実施形態によれば、第１柱部と、第２柱部と、波長変換層と、発光部と、樹脂部と、中間層と、を含む半導体発光装置が提供される。前記第１柱部は、第１方向に延び、導電性である。前記第１柱部は、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、導電性である。前記波長変換層は、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。前記発光部は、前記第１柱部の少なくとも一部と前記波長変換層との間に設けられた第１半導体部分と、前記第２柱部と前記波長変換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第１光を放出する発光層と、を含む。前記樹脂部は、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。前記中間層は、前記第１半導体層と前記波長変換層とに接する第１部分と、前記樹脂部と前記波長変換層とに接する第２部分と、を含み、前記第１光のピーク波長よりも薄い厚さを有し前記波長変換層に含まれる材料とは異なる材料を含む。前記中間層の線膨張係数は、前記第１半導体層の線膨張係数よりも大きく、前記波長変換層の線膨張係数よりも小さい。

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。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模式図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）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。

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拡大して示す模式的断面図である。

図１（ａ）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、波長変換層６０と、発光部１０と、樹脂部５０と、中間層７０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。

波長変換層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。波長変換層６０の厚さは、例えば８０μｍ以上２５０μｍ以下である。

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。

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、波長変換層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、波長変換層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、波長変換層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。

樹脂部５０には、例えば、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂の少なくともいずれかを含む。熱に対する安定性、化学的安定性、及び、高い絶縁性が得られる。

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。絶縁層５１は、発光部１０と樹脂部５０との間に設けられる。絶縁層５１は、例えば、発光部１０の側面（Ｘ−Ｙ平面に対して非平行な面）を覆う。絶縁層５１は、例えば、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。

絶縁層５１には、例えば、酸化物、窒化物、または、酸窒化物などが用いられる。絶縁層５１には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、または、酸窒化シリコンの少なくともいずれかを用いることができる。

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。

波長変換層６０は、光透過性樹脂６１と、複数の粒子６２と、を含む。複数の粒子６２は、光透過性樹脂６１に分散される。複数の粒子６２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６２には、例えば、蛍光体が用いられる。光透過性樹脂６１には、例えば、シリコーン系樹脂（例えばメチルフェニルシリコーン）、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。

波長変換層６０は、光透過性樹脂６１に分散された複数の波長変換層フィラー６５をさらに含んでも良い。波長変換層フィラー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。

中間層７０は、第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、含む。第１部分ｐ１は、第１半導体層１１と波長変換層６０とに接する。第２部分ｐ２は、樹脂部５０と波長変換層６０とに接する。この例では、中間層７０は、第３部分ｐ３をさらに含む。第３部分ｐ３は、絶縁層５１の一部と、波長変換層６０と、に接する。

中間層７０は、第１光のピーク波長よりも薄い厚さ７０ｔを有する（図１（ｂ）参照）。第１光のピーク波長は、例えば、４４０ｎｍ（ナノメートル）以上４８０ｎｍ以下である。このとき、中間層７０の厚さ７０ｔは、例えば４４０ｎｍ未満に設定される。中間層７０の厚さ７０ｔは、例えば、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下でも良い。

中間層７０は、波長変換層６０に含まれる材料とは異なる材料を含む。例えば、波長変換層６０として、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、または、エポキシ系樹脂が用いられる場合、中間層７０として、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。中間層７０は、ドライ成膜により形成しても良く、ウエット成膜により形成しても良い。

中間層７０は、第１部分ｐ１において、例えば、第１半導体層１１と波長変換層６０との密着性を向上する。中間層７０は、第２部分ｐ２において、例えば、樹脂部５０と波長変換層６０との密着性を向上する。中間層７０は、例えば、第３部分ｐ３において、絶縁層５１の一部と、波長変換層６０と、の密着性を向上する。

本願発明者の検討によると、中間層７０を設けずに、波長変換層６０が半導体層に接する構成において、波長変換層６０と半導体層との間に隙間が生じる場合や、波長変換層６０が半導体層から剥がれる場合があることが分かった。これは、半導体装置の点灯と非点灯とを繰り返すと、波長変換層６０と半導体層との間の熱膨張係数の差などに起因して、波長変換層６０が半導体層との間の界面に応力が生じることが原因であると考えられる。

特に、波長変換層６０において、高い光透過率を得つつ蛍光体（粒子６２）の高い分散性を得るために、光透過性樹脂６１としてシリコーン系樹脂（例えばメチルフェニルシリコーン）を用いると、この剥がれが生じ易い。

さらに、中間層７０を設けない場合においては、波長変換層６０は、樹脂部５０と接する。このとき、波長変換層６０と樹脂部５０との間においても剥がれが生じる場合があることが分かった。

本実施形態に係る半導体発光装置においては、第１半導体層１１と波長変換層６０との間、及び、樹脂部５０と波長変換層６０との間に、これらに接するように、薄い中間層７０を挿入する。中間層７０は、波長変換層６０に含まれる材料とは異なる材料を含む。中間層７０は、例えば、シランカップリング剤を含む。中間層７０として、酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いても良い。

中間層７０を用いることで、波長変換層６０と半導体層との間の剥がれ、及び、波長変換層６０と樹脂部５０との間の剥がれが抑制できる。さらに、絶縁層５１が設けられる場合において、波長変換層６０と絶縁層５１との間の剥がれが抑制できる。
本実施形態によれば、信頼性の高い半導体発光装置が提供できる。

例えば、中間層７０として、波長変換層６０に用いられる材料と同じ材料（例えばシリコーン樹脂）を用いる場合には、剥がれを十分に抑制することが難しい。中間層７０として、波長変換層６０に用いられる材料（例えばシリコーン樹脂）とは異なる材料を用いることで、剥がれを十分に抑制することができる。特に、中間層７０として、酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いることで、剥がれの抑制が顕著である。

例えば、中間層７０を用いない場合、第１半導体層１１（例えばＧａＮ層）と波長変換層６０（シリコン樹脂）とが、直接接する。第１半導体層１１と波長変換層６０との密着力の測定値は、１ＭＰａ（メガパスカル）〜２．５ＭＰａである。中間層７０として、ドライ成膜の酸化シリコンを用いたときには、密着力の測定値は、３ＭＰａ〜４．３ＭＰａである。中間層７０として、ドライ成膜の窒化シリコンを用いたときには、密着力の測定値は、２．５ＭＰａ〜４．０ＭＰａである。中間層７０として、ウエット成膜の酸化シリコン（例えばＳＯＧ）を用いたときには、密着力の測定値は、２ＭＰａ〜４．３ＭＰａである。このように、中間層７０を用いることで、高い密着力が得られ、その結果、第１半導体層１１と波長変換層６０との間の剥がれが抑制できる。

中間層７０における光透過率は高いことが好ましい。例えば、第１光のピーク波長における中間層７０の透過率は、９０％以上であることが好ましい。例えば、中間層７０には、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＫＴａＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｕＳｒＯ_２、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣａＣ_２、ＢａＦ_２及びＣａＦ_２の少なくともいずれか用いることができる。

特に、中間層７０として、シランカップリング剤を用いても良い。中間層７０は、例えば、波長変換層６０と化学結合することが可能である。

例えば、中間層７０は、有機シリコン化合物を含む。例えば、中間層７０は、シリコン原子と、シリコン原子に結合された官能基と、を含む。この官能基は、反応性の官能基である。この官能基は、例えば、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基及びメルカプト基の少なくともいずれかを含む。

この場合も、波長変換層６０と半導体層との間の剥がれ、波長変換層６０と樹脂部５０との間の剥がれ、及び、波長変換層６０と絶縁層５１との間の剥がれが抑制できる。

図１（ｂ）に表したように、中間層７０は、フィラー７２を含んでも良い。例えば、中間層７０は、カップリング膜７１（例えばシランカップリング剤の膜）と、カップリング膜７１に分散された複数のフィラー７２と、を含むことができる。

カップリング膜７１は、例えば、シリコン原子と、シリコン原子に結合された官能基と、を含む。この官能基は、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基及びメルカプト基の少なくともいずれかを含む。

中間層７０として、フィラー７２を含むカップリング膜７１を用いることで、密着力がさらに向上できる。すなわち、カップリング膜７１における化学結合が、フィラー７２を介して行われる。これにより、密着力がさらに向上する。半導体層と、波長変換層６０と、の間における熱膨張係数の差による応力を緩和し易くなる。

例えば、中間層７０の線膨張係数は、第１半導体層１１の線膨張係数よりも大きく、波長変換層６０の線膨張係数よりも小さく設定できる。例えば、第１半導体層１１（例えばＧａＮ）の線膨張係数は、約５×１０^−６／Ｋである。波長変換層６０に用いられるシリコーン樹脂の線膨張係数は、６６×１０^−６／Ｋである。中間層７０の線膨張係数は、これらの値の間に設定することができる。これにより、剥がれが、より抑制し易くなる。

複数のフィラー７２は、例えば、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の少なくともいずれかを含む。これにより、高い光透過率が得られる。さらに、中間層７０の屈折率を所望の値に調整できる。

複数のフィラー７２は、導電性でも良い。複数のフィラー７２は、例えば、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、五酸化アンチモン、リンドープ酸化錫(ＰＴＯ)、及び、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）の少なくともいずれかを含むことができる。これらの材料を用いることで、高い光透過率と、導電性が得られる。

フィラー７２は、中空形状を有していても良い。例えば、複数のフィラー７２の少なくともいずれかは、中心部７２ａと、中心部７２ａの周りの外殻７２ｂと、を有する（図１（ｂ）参照）。中心部７２ａの密度は、外殻７２ｂの密度よりも低い。複数のフィラー７２のそれぞれは、中空のシリカを含む。この場合、外殻７２ｂはシリカを含む。

フィラー７２が中空形状を有することで、フィラー７２の屈折率を制御し、中間層７０の屈折率を制御することができる。さらに、フィラー７２が中空形状を有することで、フィラー７２の密度を制御し、フィラー７２の分布の均一性が向上できる。

中間層７０として、カップリング膜７１（例えばシランカップリング剤の膜）を用いる場合、シランカップリング剤の溶液を塗布し、熱処理することにより中間層７０が形成される。シランカップリング剤の溶液には、例えばアルコールを含む水溶液が用いられる。さらに、中間層７０の厚さ７０ｔは薄いことが好ましい。このため、シランカップリング剤の溶液の粘度は低く設定される。このとき、もし、フィラー７２の密度が高いと、溶液中でフィラー７２が沈降して、フィラー７２の濃度が不均一になりやすい。

中空形状のフィラー７２を用いることで、フィラー７２の密度を低くなり、その結果、溶液中でのフィラー７２の濃度を均一にし易くなる。

複数のフィラー７２のそれぞれの径は、５ｎｍ以上であることが好ましい。複数のフィラー７２のそれぞれの径は、中間層７０の厚さ７０ｔ以下である。

中間層７０の屈折率を半導体層の屈折率と、波長変換層の屈折率と、の間の値に設定しても良い。これにより、光取り出し効率が向上し易い。例えば、第１半導体層１１の第１光に対する屈折率は、波長変換層６０の第１光に対する屈折率よりも高い。第１半導体層１１（例えばＧａＮ）の第１光に対する屈折率は、約２．４である。波長変換層６０の光透過性樹脂６１としてシリコン樹脂を用いた場合、光透過性樹脂６１の第１光に対する屈折率は、約１．５である。

このとき、中間層７０の第１光に対する屈折率は、１．５よりも高く２．４未満に設定できる。すなわち、中間層７０の第１光に対する屈折率は、第１半導体層１１の第１光に対する屈折率よりも低く、波長変換層６０の第１光に対する屈折率よりも高く設定できる。これにより、界面での反射が抑制され、光取り出し効率を向上しやすい。

本実施形態においては、中間層７０の厚さ７０ｔは、第１光のピーク波長よりも短く、すなわち、比較的薄く設定される。これにより、光が中間層７０中をＸ−Ｙ平面に沿って伝搬し、中間層７０の側面から光が出射されることが、抑制できる。もし、中間層７０中を光が伝搬し、中間層７０の側面から光が出射すると、側面に対向する方向では、波長変換層６０を通らないで出射する第１光（例えば青色光）の割合が多くなる。このため、出射角度による色の変化が発生する。

本実施形態においては、中間層７０の厚さ７０ｔが薄く設定されるため、中間層７０の側面からの光の出射が抑制できる。これにより、色の均一性が向上する。

中間層７０の厚さ７０ｔが波長よりも十分に薄い場合、中間層７０の屈折率が、半導体層の屈折率と、波長変換層の屈折率と、の間の値でなくても、光取り出し効率の低下は比較的小さい。すなわち、中間層７０の厚さ７０ｔが波長よりも十分に薄い場合は、半導体層から中間層７０に入射した光は、中間層７０の屈折率に関わらず、大きな損失無く、中間層７０を通過して波長変換層６０に到達しやすい。

このように、中間層７０の厚さ７０ｔが波長よりも十分に薄い場合は、中間層７０として用いる材料を、屈折率の値の観点ではなく、他の観点で適正化しても良い。例えば、中間層７０に含まれるフィラー７２として、屈折率が小さい中空のシリカを用いても、比較的高い光取り出し効率が得られる。これにより、フィラー７２の濃度が均一な中間層７０を安定して得ることができる。

複数のフィラー７２の、第１光に対する反射率は、例えば５０％以上とすることができる。例えば、複数のフィラー７２として、Ｐｔ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕの少なくともいずれか、並びに、Ｐｔ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕの少なくともいずれかを含む化合物の少なくともいずれかを用いても良い。

例えば、樹脂部５０が、エポキシ樹脂を含み、波長変換層６０が、シリコーン樹脂を含む光透過性樹脂６１と、光透過性樹脂６１に分散された複数の粒子６２（蛍光体粒子）と、を含む場合、中間層７０は、シリコン原子と、シリコン原子に結合されたエポキシ基を含むことが好ましい。すなわち、中間層７０は、エポキシ基を含むシランカップリング剤により形成されることが好ましい。このとき、中間層７０は、中空シリカのフィラー７２を含むことが好ましい。これにより、高い密着力と同時に、高い光透過性と、フィラー７２の密度の高い均一性が、高い生産性で得られる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、半導体発光装置の製造方法に係る。
図２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模式図である。
図３（ａ）〜図３（ｄ）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２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３（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。樹脂部５０には、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。

既に説明したように、発光部１０と樹脂部５０との間に、絶縁層５１をさらに設けても良い。絶縁層５１の一部が、第１主面３１０ａに露出していても良い。

図２及び図３（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、中間層７０を形成する。中間層７０の厚さは、第１光のピーク波長よりも薄い。

中間層７０は、例えば、ＣＶＤなどにより形成しても良い。中間層７０として、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＫＴａＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｕＳｒＯ_２、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣａＣ_２、ＢａＦ_２及びＣａＦ_２の少なくともいずれかを含む膜を形成しても良い。

中間層７０の形成は、例えばシランカップリング剤を原料ガスとするＣＶＤによる成膜を含んでも良い。

中間層７０の形成は、例えばシランカップリング剤を含む溶液を塗布するウエット処理を含んでも良い。例えば、シリコン原子と、シリコン原子に結合された官能基と、を含むカップリング剤の溶液を用いることができる。官能基は、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基及びメルカプト基の少なくともいずれかを含む。

中間層７０となる溶液は、例えば、複数のフィラー７２を含んでも良い。複数のフィラー７２は、例えば、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２の少なくともいずれかを含む。複数のフィラー７２は、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、五酸化アンチモン、リンドープ酸化錫(ＰＴＯ)、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、の少なくともいずれかを含んでも良い。複数のフィラー７２の少なくともいずれかは、中心部７２ａと、中心部７２ａの周りの外殻７２ｂと、を有し、中心部７２ａの密度が外殻７２ｂの密度よりも低くても良い。複数のフィラー７２として、中空のシリカを用いることができる。複数のフィラー７２は、Ｐｔ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕの少なくともいずれか、並びに、Ｐｔ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕの少なくともいずれかを含む化合物の少なくともいずれかを含んでも良い。

複数のフィラー７２のそれぞれの径は、５ｎｍ以上であることが好ましい。中間層７０の厚さ７０ｔ以下である。これにより、平坦な表面が得られる。

中間層７０の形成には、例えば、スピンコート、スリットコート、バーコート及びスキージコートの少なくともいずれかを用いることができる。

中間層７０となる膜を厚く形成し、その後で、その膜の厚さを減少させて中間層７０を形成しても良い。中間層７０となる膜を予め形成しておき、その膜を、加工体３１０の第１主面３１０ａに貼っても良い。

図２及び図３（ｃ）に表したように、中間層７０の上に、波長変換層６０を形成する（ステップＳ１２０）。例えば、波長変換層６０として、光透過性樹脂６１と、光透過性樹脂６１に分散され第１光の少なくとも一部を吸収して第１光のピーク波長とは異なる第２光を放出する複数の粒子６２（例えば蛍光体粒子）と、を含む層を形成する。この光透過性樹脂６１として、シリコーン樹脂を用いることができる。

波長変換層６０の形成には、例えば、印刷法を用いることができる。例えば、マスクを用いてスキージを用いる印刷により、波長変換層となる樹脂を塗布することができる。実施形態において、波長変換層の形成方法は任意である。

中間層７０は、波長変換層に含まれる材料とは異なる材料を含む。中間層７０は、波長変換層６０と化学結合することができる。これにより、高い密着性が得られる。

図２及び図３（ｄ）に表したように、波長変換層６０、中間層７０及び樹脂部５０を複数の素子部２１０ごとに分断する（ステップＳ１３０）。
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、信頼性の高い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、中間層７０の線膨張係数は、第１半導体層１１の線膨張係数よりも大きく、波長変換層６０の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。これにより、剥がれをより抑制し易くできる。

本実施形態において、中間層７０の第１光に対する屈折率は、第１半導体層１１の第１光に対する屈折率よりも低く、波長変換層６０の第１光に対する屈折率よりも高いことが好ましい。

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。

粒子６２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。
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ＋顔料、
Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、
Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２：Ｍｎ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３、
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ_３、
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）_２Ｏ_３、
ＹＶＯ_４：Ｅｕ、
Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、
ＬａＳｉ_３Ｎ_５：Ｅｕ^２＋、
α−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ^２＋、
ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、
ＣａＳｉＮ_Ｘ：Ｅｕ^２＋、
ＣａＳｉＮ_Ｘ：Ｃｅ^２＋、
Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、
ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、
（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^Ｘ＋、
Ｓｒ_ｘ（Ｓｉ_ｙＡｌ_３）_ｚ（Ｏ_ｘＮ）：Ｅｕ^Ｘ＋。

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、
Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、
Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、
Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、
ＺｎＳ：Ｃｕ、
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ_２Ｏ_３、
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３、
（Ｚｎ，Ｍｎ）_２ＳｉＯ_４、
ＢａＡｌ_１２Ｏ_１９：Ｍｎ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ_２Ｏ_３：Ｍｎ、
ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、
ＺｎＳ：Ｃｕ、
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ_２Ｏ_３、
Ｌａ_２Ｏ_３・０．２ＳｉＯ_２・０．９Ｐ_２Ｏ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、
ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ、
ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ、
（ＢｒＳｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ、
α−ｓｉａｌｏｎ：Ｙｂ^２＋、
β−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ^２＋、
（ＳｒＢａ）ＹＳｉ_４Ｎ_７：Ｅｕ^２＋、
（ＣａＳｒ）Ｓｉ_２Ｏ_４Ｎ_７：Ｅｕ^２＋、
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＋Ｉｎ_２Ｏ_３、
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ_２Ｏ_３、
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７、
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）６Ｃｌ_２：Ｅｕ、
Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）６Ｃｌ_２：Ｅｕ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７、
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ_４・Ｃｌ_２、
ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２５：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）Ｗ_２Ｏ_８、
（Ｙ，Ｇｄ）_３，（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、
Ｌｉ_２ＳｒＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、
（Ｓｒ（Ｃａ，Ｂａ））_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ^２＋、
ＳｒＳｉ_２ＯＮ_２．７：Ｅｕ^２＋。

実施形態によれば、信頼性の高い半導体発光装置を提供できる。

なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（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、波長変換層、発光部、半導体層、発光層、樹脂部、波長変換層、光透過性樹脂、粒子、中間層、フィラー、絶縁層、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…波長変換層、６１…光透過性樹脂、６２…粒子、６５…波長変換層フィラー、７０…中間層、７０ｔ…厚さ、７１…カップリング膜、７２…フィラー、７２ａ…中心部、７２ｂ…外殻、１１０…半導体発光装置、２１０…素子部、３１０…加工体、３１０ａ…第１主面、ｐ１〜ｐ３…第１〜第３部分

Claims

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波長変換層と、
前記第１柱部の少なくとも一部と前記波長変換層との間に設けられた第１半導体部分と、
前記第２柱部と前記波長変換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第１光を放出する発光層と、
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、
前記第１半導体層と前記波長変換層とに接する第１部分と、
前記樹脂部と前記波長変換層とに接する第２部分と、
を含み前記第１光のピーク波長よりも薄い厚さを有し前記波長変換層に含まれる材料とは異なる材料を含む中間層と、
を備え、
前記中間層は、複数のフィラーを含み、
前記複数のフィラーの少なくともいずれかは、中心部と、前記中心部の周りの外殻と、を有し、
前記中心部の密度は、前記外殻の密度よりも低い、半導体発光装置。
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波長変換層と、
前記第１柱部の少なくとも一部と前記波長変換層との間に設けられた第１半導体部分と、
前記第２柱部と前記波長変換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第１光を放出する発光層と、
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、
前記第１半導体層と前記波長変換層とに接する第１部分と、
前記樹脂部と前記波長変換層とに接する第２部分と、
を含み前記第１光のピーク波長よりも薄い厚さを有し前記波長変換層に含まれる材料とは異なる材料を含む中間層と、
を備え、
前記中間層の線膨張係数は、前記第１半導体層の線膨張係数よりも大きく、前記波長変換層の線膨張係数よりも小さい、半導体発光装置。
前記発光部と前記樹脂部との間に設けられた絶縁層をさらに備え、
前記中間層は、前記絶縁層と前記波長変換層と、に接する第３部分をさらに含む請求項１または２に記載の半導体発光装置。
前記中間層は、複数のフィラーを含み、
前記複数のフィラーの少なくともいずれかは、中心部と、前記中心部の周りの外殻と、を有し、
前記中心部の密度は、前記外殻の密度よりも低い請求項２記載の半導体発光装置。
前記複数のフィラーのそれぞれの径は、前記中間層の厚さ以下である請求項１または４に記載の半導体発光装置。
前記中間層の厚さは、４４０ナノメートル未満である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。