TW201511351A - 半導體發光裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

實施形態相關之半導體發光裝置，具備：半導體層；設於前述半導體層上之第1樹脂層；配置於前述第1樹脂層內的第1螢光體粒子；以及設於前述第1樹脂層上與前述第1樹脂層接觸之第2樹脂層。在前述第1樹脂層之與前述第2樹脂層接觸之面形成有凹部，前述凹部內，由前述第2樹脂層之一部分所充填。

Description

半導體發光裝置及其製造方法

後述之實施形態，大體上，有關於半導體發光裝置及其製造方法。

歷來，提議一種製造半導體發光裝置之方法，在晶圓上使半導體層結晶成長，在此半導體層上形成電極，以樹脂體作密封後，將晶圓除去，在半導體層之露出面上形成螢光體層，作單片化。依照此方法，即可將晶圓上所形成之微細的構造體直接封裝化，可有效製造微細的半導體發光裝置。

本發明之實施形態，提供可靠性高之半導體發光裝置及其製造方法。

實施形態相關之半導體發光裝置，具備：半導體層；設於前述半導體層上之第1樹脂層；配置於前述第1樹脂層內的第1螢光體粒子；以及設於前述第1樹脂層上、與 前述第1樹脂層接觸之第2樹脂層。在前述第1樹脂層之與前述第2樹脂層接觸之面，形成有凹部，前述凹部內，由前述第2樹脂層之一部分所充填。

實施形態相關之半導體發光裝置之製造方法，具備以下程序：在半導體層上，形成包含複數之第1螢光體粒子的第1樹脂層；將前述第1樹脂層之上部除去，以使一部分之前述第1螢光體粒子從前述第1樹脂層脫落而形成凹部；以及在前述第1樹脂層上，以其一部分進入前述凹部內的方式，形成第2樹脂層。

1‧‧‧半導體發光裝置

2‧‧‧半導體發光裝置

3‧‧‧半導體發光裝置

4‧‧‧半導體發光裝置

5‧‧‧半導體發光裝置

6‧‧‧半導體發光裝置

10‧‧‧半導體層

10a‧‧‧活性層

10n‧‧‧n型披覆層

10p‧‧‧p型披覆層

11n‧‧‧n側電極

11p‧‧‧p側電極

12‧‧‧密封構材

13n、13p‧‧‧配線層

14n‧‧‧n側柱體

14p‧‧‧p側柱體

15‧‧‧密封構材

21‧‧‧樹脂層

21a‧‧‧上表面

21c‧‧‧凹部

21d‧‧‧側面

22‧‧‧螢光體粒子

23‧‧‧樹脂層

23a‧‧‧上表面

23b‧‧‧下表面

23c、23d‧‧‧凹部

23e‧‧‧凹部

26‧‧‧奈米粒子

27‧‧‧微小粒子

28‧‧‧螢光體粒子

圖1A係例示第1實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖，圖1B係例示示於圖1A之區域A的一部分放大剖面圖。

圖2A~C，係例示第1實施形態相關之半導體發光裝置之製造方法的部分剖面圖。

圖3，係例示第2實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

圖4，係例示第3實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

圖5，係例示第4實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

圖6，係例示第5實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖。

圖7，係例示第6實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖。

以下，一面參見圖式，一面說明有關於本發明之實施形態。

首先，說明有關於第1實施形態。

圖1A係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖，圖1B係例示示於圖1A之區域A的一部分放大剖面圖。

如圖1A所示，本實施形態相關之半導體發光裝置1之全體形狀係長方體。於半導體發光裝置1，設有半導體層10。半導體層10，例如由包含鎵氮化物(GaN)之化合物半導體所形成，係從下層側依序積層了p型披覆層10p、活性層10a及n型披覆層10n之LED(Light Emitting Diode：發光二極體)層。從厚度方向觀察時，半導體層10之形狀係矩形，在4個的角部，p型披覆層10p及活性層10a被除去，在半導體層10之下表面，n型披覆層10n露出。此外，在半導體層10之上表面，形成有其周期與半導體層10之出射光的波長為同限度之微細的凹凸。

半導體層10之下表面上，設有n側電極11n及p側電極11p。n側電極11n連接於半導體層10之n型披覆層10n，p側電極11p連接於半導體層10之p型披覆層10p。以覆蓋由半導體層10、n側電極11n及p側電極 11p所成之構造體的下表面及側面的方式，設有密封構材12。

n側電極11n之下方，設有配線層13n，其下，設有n側柱體14n。n側柱體14n，透過配線層13n而連接於n側電極11n。p側電極11p之下方，設有配線層13p，其下，設有p側柱體14p。p側柱體14p，透過配線層13p而連接於p側電極11p。然後，以覆蓋配線層13n及13p、n側柱體14n、p側柱體14p的方式，設有由例如黑色樹脂材料所成之密封構材15。在密封構材15之下表面，n側柱體14n之下表面及p側柱體14p之下表面露出。

位於半導體層10及其側方之密封構材12的上方，設有樹脂層21。樹脂層21，由透明或半透明之樹脂材料所形成，例如，由矽樹脂所形成。樹脂層21內，分散有多數的螢光體粒子22。螢光體粒子22，係藉吸收從半導體層10所射出之第1色的光而使第2色的光發光之粒子。另外，圖示方便起見，圖1A中，螢光體粒子22，以比實際大的方式描繪。

樹脂層21上，設有樹脂層23。樹脂層23，由透明或半透明之樹脂材料所形成，係將特定色的光選擇性反射或散射、使其他色的光透過之層。樹脂層23之下表面23b，與樹脂層21之上表面21a接觸。

然後，如圖1B所示，在樹脂層21之上表面21a，形成多數的凹部21c。凹部21c內，由樹脂層23之一部分所 充填。

凹部21c之大小，係與螢光體粒子22之大小同限度。亦即，凹部21c之大小，係可嵌合螢光體粒子22之大小。一部分之凹部21c的形狀係碟狀，其開口部，亦即上端部之直徑為凹部21c之最大直徑。其他一部分之凹部21c的形狀係壺狀，其最大直徑大於開口部之直徑。壺狀的凹部21c之最大直徑的分布，與螢光體粒子22之直徑的分布大致上一致。為此，至少1個的凹部21c之最大直徑，在螢光體粒子22之直徑的分布的範圍內。另一方面，碟狀的凹部21c之最大直徑的分布，相對於螢光體粒子22之直徑的分布，偏向較小之側。因此，凹部21c之最大直徑的分布，相對於螢光體粒子22之直徑的分布，擴散於同限度及其以下的範圍。

另外，螢光體粒子22之直徑的平均值，例如，係15μm限度。螢光體粒子之直徑的分布，使螢光體粒子之平均直徑為d時，例如，係0.1d以上、2d以下。此外，螢光體粒子之平均直徑d，例如，可定義為體積換算下之粒徑D50。粒徑D50，係指累積而成為50%之體積換算的中心值。此情況下，至少1個的凹部21c之最大直徑，在(0.1×D50)以上、(2×D50)以下的範圍內。另外，作為粒徑D50之值，除了體積換算以外，亦可使用重量換算或數量換算。

接著，說明有關於本實施形態相關之半導體發光裝置之製造方法。

圖2A~C，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置之製造方法的部分剖面圖。

另外，圖2A~C中，圖示方便起見，僅繪示樹脂層21及螢光體粒子22。

首先，如圖1A所示，在結晶成長用之基板(未圖示)上，使半導體層10磊晶成長，選擇性除去，區劃化。接著，形成n側電極11n及p側電極11p，以埋入半導體層10與n側電極11n及p側電極11p的方式，形成密封構材12。接著，在密封構材12上形成配線層13n及13p，形成n側柱體14n及p側柱體14p，以埋入此等的方式，形成密封構材15。接著，將結晶成長用之基板除去而使半導體層10露出，在半導體層10之露出面形成凹凸。

接著，如圖1A及圖2A所示，在半導體層10及密封構材12之上方，亦即，設有結晶成長用之基板之側，形成含有多數的螢光體粒子22之樹脂層21。此時，各螢光體粒子22的表面，由樹脂層21所覆蓋，在樹脂層21之上表面21a，螢光體粒子22不露出。

接著，如圖2B所示，藉對於樹脂層21之上表面21a施行例如切削加工，將樹脂層21之上部除去。藉此，一部分之螢光體粒子22露出。

接著，如圖2C所示，再繼續切削加工。藉此，露出之螢光體粒子22從樹脂層21脫落，脫落之後形成了凹部21c。此時，可藉適切選擇切削加工之條件及工具，使露出之螢光體粒子22更確實脫落。例如，工具勾住從樹脂 層21局部露出之螢光體粒子22的露出部分，以可將此螢光體粒子22從樹脂層21抽出。以此方式，形成了壺狀的凹部21c。或者，亦可藉進行超音波洗淨，將從樹脂層21局部露出之螢光體粒子22強制推出。

接著，如圖1A及B所示，塗佈樹脂材料，在樹脂層21上形成樹脂層23。此時，形成樹脂層23之樹脂材料，亦侵入樹脂層21之凹部21c內，填充凹部21c內。接著，為了調整半導體發光裝置1之出射光的色度，對於樹脂層23之上表面施行切削加工，調整樹脂層23之厚度。以此方式，製造出本實施形態相關之半導體發光裝置1。

接著，說明有關於本實施形態相關之半導體發光裝置1之動作。

半導體發光裝置1中，在p側柱體14p與n側柱體14n之間施加電壓時，半導體層10射出例如藍色之光。配置於樹脂層21內的螢光體粒子22，吸收從半導體層10所射出之光的一部分，使例如黃色的光發光。從半導體層10所射出之光的其餘部分透過樹脂層21。藉此，半導體發光裝置1之外部，由於射出藍色之光與黃色的光，故半導體發光裝置1之出射光變成白色。

此時，半導體層10之出射光的波長，因程序條件等而分布不均。為此，螢光體粒子22所發光之光的強度亦分布不均。藉此，半導體發光裝置1之出射光的色度會分布不均。於是，本實施形態中，藉設置樹脂層23，調整其厚度，以調整半導體發光裝置1之出射光的色度。樹脂 層23，將從半導體層10所射出之光或從螢光體粒子22所發光之光反射或散射。

接著，說明有關於本實施形態之效果。

本實施形態中，在樹脂層21之上表面21a，形成有多數的凹部21c，樹脂層23進入其內部。為此，基於錨定效應，樹脂層21與樹脂層23之密著性為高。藉此，樹脂層21與樹脂層23不易剝離，剝落等之不妥不易發生。此結果，半導體發光裝置1，可靠性高。

此外，由於樹脂層23進入凹部21c內，樹脂層21與樹脂層23之接觸面積為大。為此，從樹脂層21往樹脂層23之光傳輸效率為高，光取出效率為高。再者，由於在樹脂層21與樹脂層23之界面形成了凹凸構造，故此界面之光的全反射成分變少。此結果，樹脂層21與樹脂層23之間的光傳輸效率為高。

再且，本實施形態中，將樹脂層21之上部除去，以使樹脂層21內所含之螢光體粒子22的一部分露出，使此從樹脂層21脫落，以在樹脂層21之上表面21a形成凹部21c。此結果，可易於形成凹部21c。

再且，本實施形態中，在適切選擇切削加工之條件及工具之後，對於樹脂層21之上表面進行切削加工，以使大部分的局部露出之螢光體粒子22強制脫落。藉此，形成多數的壺狀的凹部21c，可提高上述之錨定效應及使接觸面積增加之效果。此外，由於可藉切削加工而將受損傷之螢光體粒子22除去，故可抑制受損傷之螢光體粒子22 所造成之半導體發光裝置1之發光特性的降低。

接著，說明有關於第2實施形態。

圖3，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

另外，圖3中，圖示方便起見，半導體層10、n側電極11n及p側電極11p、密封構材12、配線層13n及13p、n側柱體14n、p側柱體14p、密封構材15，省略。對於後述之圖4亦為相同。

如圖3所示，本實施形態相關之半導體發光裝置2中，樹脂層23內，設有奈米粒子26及微小粒子27。奈米粒子26，係供以使光選擇性反射或散射之粒子。奈米粒子26小於螢光體粒子22，其直徑係例如100nm以下。奈米粒子26，例如，由矽氧化物、鋁氧化物、鈦氧化物等之金屬氧化物所形成。

微小粒子27，係供以在樹脂層23之上表面形成凹部的粒子。微小粒子27之直徑，係與半導體層10之出射光的波長或螢光體粒子22之發光光的波長同限度，例如，係數百nm限度。然後，本實施形態中，在樹脂層23之上表面23a，形成有凹部23c及23d。凹部23c之大小，係與奈米粒子26之大小同限度，凹部23d之大小，係與微小粒子27之大小同限度。本實施形態之上述以外的效果，係與前述之第1實施形態相同。

本實施形態中，藉塗佈包含奈米粒子26及微小粒子27之樹脂材料，形成樹脂層23。然後，為了調整樹脂層 23之厚度而將樹脂層23之上表面23a切削時，奈米粒子26之一部分及微小粒子27之一部分在樹脂層23之上表面23a露出，因此等脫落，在上表面23a形成了凹部23c及23d。本實施形態之上述以外的製造方法，係與前述之第1實施形態相同。

依照本實施形態，使微小粒子27含有於樹脂層23內，使得可在樹脂層23之上表面23a形成凹部23d。然後，可藉選擇微小粒子27之大小，控制凹部23d之大小。藉此，可在上表面23a形成任意之大小的凹部，提高光取出效率。本實施形態之上述以外的動作及效果，係與前述之第1實施形態相同。

另外，奈米粒子26，亦可予以分散於樹脂層21內。此情況下，樹脂層23內之奈米粒子26的數量密度，較佳者，高於樹脂層21內之奈米粒子26的數量密度。

接著，說明有關於第3實施形態。

圖4，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

如圖4所示，本實施形態相關之半導體發光裝置3中，除了前述之第2實施形態相關之半導體發光裝置2(圖3參見)之構成以外，在樹脂層23內設有螢光體粒子28。螢光體粒子28，吸收從半導體層10所射出之光，使與半導體層10之出射光不同、與螢光體粒子22之發光光亦不同之波長的光發光。例如，螢光體粒子28所發光之光的波長，長於半導體層10之出射光的波長，短於螢光體粒 子22之發光光的波長。

在一例方面，半導體層10射出藍色之光，螢光體粒子22發出紅色的光，螢光體粒子28發出綠色的光。此外，在樹脂層23之上表面23a，除了凹部23c及23d以外，形成有是螢光體粒子28脫落之痕跡的凹部23e。本實施形態之上述以外的構成、製造方法、動作及效果，係與前述之第2實施形態相同。

接著，說明有關於第4實施形態。

圖5，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的部分剖面圖。

如圖5所示，本實施形態相關之半導體發光裝置4，相較於前述之第2實施形態相關之半導體發光裝置2(圖3參見)，不同點在於，未設有微小粒子27。亦即，樹脂層23內，僅含有奈米粒子26。為此，在樹脂層23之上表面23a，凹部23d，未形成。本實施形態之上述以外的構成、製造方法、動作及效果，係與前述之第2實施形態相同。

接著，說明有關於第5實施形態。

圖6，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖。

如圖6所示，本實施形態相關之半導體發光裝置5，相較於前述之第1實施形態相關之半導體發光裝置1(圖1A參見)，不同點在於，上層之樹脂層23的形狀為透鏡狀。樹脂層23之形狀，例如，係球形的一部分。

本實施形態中，使樹脂層23之形狀為透鏡狀，使得可將從樹脂層21之上表面21a所射出之光，朝向正上方向作聚光。藉此，半導體發光裝置4之出射光的指向性提升。本實施形態之上述以外的構成、製造方法、動作及效果，係與前述之第1實施形態相同。

接著，說明有關於第6實施形態。

圖7，係例示本實施形態相關之半導體發光裝置的剖面圖。

如圖7所示，本實施形態相關之半導體發光裝置6，相較於前述之第1實施形態相關之半導體發光裝置1(圖1A參見)，不同點在於，以樹脂層23覆蓋樹脂層21之上表面21a及側面21d的方式而設，樹脂層23之形狀作成透鏡狀。

本實施形態中，將樹脂層23形成為覆蓋樹脂層21之上表面21a及側面21d之透鏡狀，藉以可使除了從樹脂層21之上表面21a所射出之光以外，亦使從樹脂層21之側面21d所射出之光通過樹脂層23而調整色度，且可朝向正上方向作聚光。藉此，半導體發光裝置5之出射光的指向性提升，同時光取出效率增加。本實施形態之上述以外的構成、製造方法、動作及效果，係與前述之第1實施形態相同。

另外，前述之各實施形態中，作為將樹脂層21及23之上部除去之手段，雖例示施行切削加工之例，但不限定於此。例如，亦可藉乾式蝕刻，而將樹脂層21及23之上 部除去。此情況下，例如，亦可對於蝕刻後之樹脂層，一面澆淋碳酸水以免充電，一面施行刷削，使露出之螢光體粒子等脫落。

依照以上說明之實施形態，即可實現可靠性高的半導體發光裝置及其製造方法。

以上，雖說明了本發明之若干個實施形態，但此等之實施形態，係作為例子而提示者，並未意圖限定發明之範圍。此等新穎的實施形態可依其他的各種形態予以實施，在不脫離發明之要旨之範圍下，可進行種種的省略、置換、變更。此等實施形態和其變化，含於發明之範圍和要旨，同時含於申請專利範圍所記述之發明及其等價物之範圍。此外，前述之各實施形態，可相互組合而實施。

1‧‧‧半導體發光裝置

10‧‧‧半導體層

10a‧‧‧活性層

10n‧‧‧n型披覆層

10p‧‧‧p型披覆層

11n‧‧‧n側電極

11p‧‧‧p側電極

12‧‧‧密封構材

13n、13p‧‧‧配線層

14n‧‧‧n側柱體

14p‧‧‧p側柱體

15‧‧‧密封構材

21‧‧‧樹脂層

21a‧‧‧上表面

21c‧‧‧凹部

22‧‧‧螢光體粒子

23‧‧‧樹脂層

23b‧‧‧下表面

A‧‧‧區域

Claims (10)

1. 一種半導體發光裝置，具備：半導體層；設於前述半導體層上之第1樹脂層；配置於前述第1樹脂層內的第1螢光體粒子；以及設於前述第1樹脂層上、與前述第1樹脂層接觸之第2樹脂層；在前述第1樹脂層之與前述第2樹脂層接觸之面形成有凹部，前述凹部內，由前述第2樹脂層之一部分所充填。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，一部分的前述凹部之最大直徑，大於開口部之直徑。
3. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其進一步具備配置於前述第2樹脂層內的第2螢光體粒子。
4. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其進一步具備配置於前述第2樹脂層內的微小粒子，在前述第2樹脂層之上表面，形成有其大小與前述微小粒子之大小同限度之凹部。
5. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述凹部之大小，係與前述第1螢光體粒子之大小同限度。
6. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述凹部之大小，在前述第1螢光體粒子之直徑的分布的範圍內。
7. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，前述凹部，係前述第1螢光體粒子從前述第1樹脂層之上表面被除去而形成。
8. 一種半導體發光裝置之製造方法，具備以下程序：在半導體層上，形成包含複數之第1螢光體粒子的第1樹脂層；將前述第1樹脂層之上部除去，以使一部分之前述第1螢光體粒子從前述第1樹脂層脫落而形成凹部；以及在前述第1樹脂層上，以其一部分進入前述凹部內的方式，形成第2樹脂層。
9. 如申請專利範圍第8項之半導體發光裝置之製造方法，其中，前述第1樹脂層之上部的除去，基於前述第1樹脂層之上表面的研削而進行。
10. 如申請專利範圍第8項之半導體發光裝置之製造方法，其進一步具備將前述第2樹脂層之上部除去之程序，在前述第2樹脂層，予以含有微小粒子。