特許 5845013 発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5845013

(24)【登録日】2015年11月27日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20151224BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 210

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-154184(P2011-154184)

(22)【出願日】2011年7月12日

(65)【公開番号】特開2012-23375(P2012-23375A)

(43)【公開日】2012年2月2日

【審査請求日】2014年7月3日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0066927

(32)【優先日】2010年7月12日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム、ハク ファン

(72)【発明者】

【氏名】パエク、ホ スン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ヒュン クン

(72)【発明者】

【氏名】オー、スン キョン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン、ジョン イン

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／００３４４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３５０１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２３４８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に配置され、第１伝導型半導体層、活性層、及び第２伝導型半導体層が積層された構造である発光構造物と、
前記発光構造物上に配置されたレンズと、
前記第１伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第１端子部と、
前記第２伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第２端子部と、
前記発光構造物と前記基板との間に配置される、電気絶縁性を有するボンディング層と、を有し、
前記第２端子部は、前記第１端子部、前記第１伝導型半導体層、及び前記活性層を貫通して前記第２伝導型半導体層と接続される導電性ビアを有し、
前記レンズは、前記発光構造物の側面は覆わないように配置される、ことを特徴とする発光デバイス。

【請求項2】

前記基板は、電気絶縁性基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項3】

前記基板は、電気導電性基板であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。

【請求項4】

前記レンズと前記発光構造物との間に配置される透光性ポリマー層をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光デバイス。

【請求項5】

前記レンズと前記発光構造物との間に配置され、前記発光構造物から放射された光の波長を変換する光変換層をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光デバイス。

【請求項6】

前記レンズは、表面に形成されたマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光デバイス。

【請求項7】

基板と、
前記基板上に配置され、第１伝導型半導体層、活性層、及び第２伝導型半導体層が積層された構造である発光構造物と、
前記第１伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第１端子部と、
前記第２伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第２端子部とを有し、
前記第２端子部は、前記第１端子部、前記第１伝導型半導体層、及び前記活性層を貫通して前記第２伝導型半導体層と接続される導電性ビアを有し、
前記第１端子部で前記基板を貫通する領域は、前記基板と同じ物質からなり、前記基板と一体に形成されることを特徴とする発光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイスに関し、特に発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオードのような半導体デバイスは、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層及び活性層を有し、活性層における電子と正孔との再結合により発光する。発光ダイオードは、外部回路から電子及び正孔を活性層に供給する複数の電極を有する（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１ 特開２００９−８８５２１号公報
特許文献２ 米国特許出願公開第２００９／０１２１２４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

半導体デバイスをプリント基板等に実装するには、複数の電極が半導体発光素子の同一面上に設けられていることが好ましい。そこで、例えば発光ダイオードを製造する場合には、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を積層した半導体層から活性層及びｐ型半導体層の一部を除去した上で、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層のそれぞれに、長さの異なる電極を形成することにより半導体デバイスを製造する方法が考えられる。

【0004】

しかし、上記の方法においては、電極を形成する前に半導体層の一部を除去するとともに、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層のそれぞれで長さが異なる電極を形成しなければならなかった。複数の電極を半導体発光素子の同一面上に設けるには、半導体層の一部を除去する工程、電極を形成する工程のいずれの工程においても高い精度が要求される。特に、複数の半導体デバイスを製造する場合に、それぞれの半導体デバイスにおける複数の電極を半導体発光素子の同一面上に形成することは困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するためになされた本発明による発光デバイスは、基板と、前記基板上に配置され、第１伝導型半導体層、活性層、及び第２伝導型半導体層が積層された構造である発光構造物と、前記発光構造物上に配置されたレンズと、前記第１伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第１端子部と、前記第２伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第２端子部とを有し、前記第２端子部は、前記第１端子部、前記第１伝導型半導体層、及び前記活性層を貫通して前記第２伝導型半導体層と接続される導電性ビアを有し、前記レンズは、前記発光構造物の側面は覆わないように配置されることを特徴とする。

【0006】

前記発光構造物と前記基板との間に配置されるボンディング層をさらに有することが好ましい。
前記ボンディング層は、電気絶縁性を有することが好ましい。
前記ボンディング層は、電気導電性を有することが好ましい。
前記基板は、電気絶縁性基板であることが好ましい。
前記基板は、電気導電性基板であることが好ましい。
前記レンズと前記発光構造物との間に配置される透光性ポリマー層をさらに有することが好ましい。
前記レンズと前記発光構造物との間に配置され、前記発光構造物から放射された光の波長を変換する光変換層をさらに有することが好ましい。
前記レンズは、表面に形成されたマイクロレンズアレイを含むことが好ましい。

【0007】

また、上記課題を解決するためになされた本発明による発光デバイスは、基板と、前記基板上に配置され、第１伝導型半導体層、活性層、及び第２伝導型半導体層が積層された構造である発光構造物と、前記第１伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第１端子部と、前記第２伝導型半導体層と電気的に接続され、前記基板を貫通して外部に露出する第２端子部とを有し、前記第２端子部は、前記第１端子部、前記第１伝導型半導体層、及び前記活性層を貫通して前記第２伝導型半導体層と接続される導電性ビアを有し、前記第１端子部で前記基板を貫通する領域は、前記基板と同じ物質からなり、前記基板と一体に形成されることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス５０の概略断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の概略断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００における発光構造物１０１と支持基板１０２との間の領域を拡大した断面図である。

【図4】本発明の他の実施形態に係るレンズ１０７'を拡大して示す断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造工程における発光構造物１０１の概略断面図である。

【図11】本発明の他の実施形態に係る半導体デバイス２００の概略断面図である。

【図12】本発明の他の実施形態に係る半導体デバイス３００の概略断面図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係る半導体デバイス４００の概略断面図である。

【図14】本発明の他の実施形態に係る半導体デバイス５００の概略断面図である。

【図15】本発明の他の実施形態に係る半導体デバイス６００の概略断面図である。

【図16】本発明の他の実施形態に係る照明装置７００の概略断面図である。

【図17】バックライト８００の構成例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。本発明の実施形態は、さまざまな他の形態に変形することができるものであり、本発明の技術的範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、本発明に係る技術分野の平均的な知識を持った者が本発明を理解し得るべく説明するために提供される。したがって、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、説明を明確にすることを目的として誇張される場合がある。また、図面における同一の参照符号は同一の構成要素を示す。

【0020】

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイス５０の概略断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る半導体デバイス１００は、発光構造物１０１、支持基板１０２、第１端子部１０３ａ、第２端子部１０３ｂ及び絶縁体１０４を備える。

【0021】

発光構造物１０１は、第１伝導型半導体層２０３、活性層２０２及び第２伝導型半導体層２０１を有する。第１伝導型半導体層２０３及び第２伝導型半導体層２０１は、窒化物系半導体である。例えば、第１伝導型半導体層２０３及び第２伝導型半導体層２０１は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_１-ｘ-ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を有する。第１伝導型半導体層２０３及び第２伝導型半導体層２０１は、ＧａＡｓ系半導体又はＧａＰ系半導体であってもよい。

【0022】

第１伝導型半導体層２０３は、支持基板１０２上に設けられ、第１伝導型の不純物がドープされている。第１伝導型の不純物は、例えばｐ型の不純物である。一例として、第１伝導型半導体層２０３がＧａＮである場合に、第１伝導型半導体層２０３にはＺｎ又はＭｇが不純物としてドープされている。

【0023】

第２伝導型半導体層２０１は、第１伝導型と反対の伝導型である第２伝導型の不純物がドープされている。第１伝導型がｐ型である場合には、第２伝導型はｎ型である。一例として、第２伝導型半導体層２０１がＧａＮである場合に、第２伝導型半導体層２０１にはＳｉ、Ｇｅ又はＳｎが不純物としてドープされている。

【0024】

活性層２０２は、電子と正孔との再結合によって予め定められたエネルギーを持つ光Ｌを放出する。活性層２０２は、一例として、量子井戸層及び量子障壁層が交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。多重量子井戸構造の場合、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮを使用することができる。一方、第１伝導型半導体層２０３、第２伝導型半導体層２０１及び活性層２０２は、公知のＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法又はＨＶＰＥ法などの半導体層成長法を用いて形成される。

【0025】

本実施形態において、支持基板１０２は導電性基板である。支持基板１０２は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ及びＳｉＣのいずれかの物質を有する。支持基板１０２は、複数の当該物質を有してもよい。

【0026】

第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂは、導電性が良好な金属などにより形成される。第１端子部１０３ａは、第１伝導型半導体層２０３と電気的に結合されている。第２端子部１０３ｂは、第２伝導型半導体層２０１と電気的に結合されている。例えば、第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂは、導電体を介して、それぞれ第１伝導型半導体層２０３及び第２伝導型半導体層２０１に接続される。支持基板１０２が導電性基板である場合には、第１端子部１０３ａは、支持基板１０２を介して第１伝導型半導体層２０３と電気的に結合される。

【0027】

第１端子部１０３ａの少なくとも一部の領域、及び、第２端子部１０３ｂの少なくとも一部の領域は、支持基板１０２に対して発光構造物１０１と反対の側において露出している。具体的には、支持基板１０２における発光構造物１０１に接する面を支持基板１０２の上面、支持基板１０２における発光構造物１０１に接していない面を支持基板１０２の下面とする場合に、第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂは、支持基板１０２の下面の側に設けられている。例えば、第１端子部１０３ａは、支持基板１０２の下面に接している。第２端子部１０３ｂは、支持基板１０２の下面に接する絶縁体１０４に接している。第１端子部１０３ａは、支持基板１０２を介して発光構造物１０１と電気的に結合されている。

【0028】

第２端子部１０３ｂは、第２伝導型半導体層２０１から、支持基板１０２の下面まで延伸されている。一例として、第２伝導型半導体層２０１の表面から発光構造物１０１及び支持基板１０２の側面と並行に延伸された構造を有する。第２端子部１０３ｂは、第２伝導型半導体層２０１の表面の近傍及び支持基板１０２の下面の近傍において、屈曲していてもよい。

【0029】

絶縁体１０４は、第２端子部１０３ｂと発光構造物１０１の側面との間を絶縁する。支持基板１０２が導電性基板である場合には、絶縁体１０４は、第２端子部１０３ｂと支持基板１０２の側面との間も絶縁する。絶縁体１０４は、例えば、シリコン酸化物又はシリコン窒化物である。

【0030】

第１伝導型半導体層２０３にｐ型不純物がドープされており、第２伝導型半導体層２０１にｎ型不純物がドープされている場合には、第１端子部１０３ａの面積は、第２端子部１０３ｂの面積よりも大きいことが好ましい。半導体デバイス１００が当該構成を有する場合には、第１端子部１０３ａから発光構造物１０１に拡散する電流を大きくすることができるので、光取り出し効率を高めることができる。

【0031】

本実施形態に係る半導体デバイス１００においては、第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂが支持基板１０２の下面側に配置されているので、半導体デバイス１００を表面実装工程（ＳＭＴ）でＰＣＢ基板などに容易に実装することができる。

【0032】

図２は、他の実施形態に係る半導体デバイス１００の概略断面図である。半導体デバイス１００は、図１に示した半導体デバイス５０に対して、透光性ポリマー層１０５、光変換層１０６及びレンズ１０７をさらに備える。

【0033】

発光構造物１０１の上部には透光性ポリマー層１０５が設けられてもよい。透光性ポリマー層１０５は、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂などを有し、透光性ポリマー層１０５の上方に配置された光変換層１０６との間で安定した接着構造を形成する。透光性ポリマー層１０５は、第２端子部１０３ｂの上部を覆い、光変換層１０６を形成する前に平坦な状態の面を形成することができる。透光性ポリマー層１０５は、光を反射又は屈折させる構造を側面又は光変換層１０６との界面に有することにより、レンズ１０７に向けて放出する光の指向角を調節してもよい。

【0034】

半導体デバイス１００は、透光性ポリマー層１０５を備えなくてもよい。半導体デバイス１００が透光性ポリマー層１０５を備えていない場合には、半導体デバイス１００は、発光構造物１０１に接して光変換層１０６を備えてよい。

【0035】

光変換層１０６は、発光構造物１０１から放出された光の波長を変換する機能を有する蛍光体である。光変換層１０６は、量子点と同じ波長に変換する波長変換物質を有してよい。この場合、光変換層１０６は、波長変換物質から成るプレート構造（例えば、セラミック変換体）を有してもよく、シリコン樹脂などに分散したフィルム構造を有してもよい。

【0036】

波長変換物質が蛍光体であり、発光構造物１０１から青色光が放出される場合、赤色蛍光体ではＭＡｌＳｉＮｘ：Ｒｅ（１≦ｘ≦５）の窒化物蛍光体及びＭＤ:Ｒｅの黄化物界蛍光体などがある。ここで、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇから選択された少なくとも一つであり、ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅから選択された少なくとも一つであり、ＲｅはＥｕ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから選択された少なくとも一つである。

【0037】

緑色蛍光体はＭ_２ＳｉＯ_４:Ｒｅの珪酸塩蛍光体、ＭＡ_２Ｄ_４:Ｒｅの黄化物蛍光体、β-ＳｉＡｌＯＮ:Ｒｅの蛍光体、ＭＡ'_２Ｏ_４:Ｒｅ'の酸化物蛍光体などである。ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇから選択された少なくとも一つの元素である。ＡはＧａ、Ａｌ及びＩｎから選択された少なくとも一つである。ＤはＳ、Ｓｅ及びＴｅから選択された少なくとも一つである。

【0038】

Ａ'はＳｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ａｌ及びＩｎから選択された少なくとも一つである。ＲｅはＥｕ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから選択された少なくとも一つである。Ｒｅ'はＣｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから選択された少なくとも一つである。

【0039】

量子点はコア及びシェルから成るナノクリスタル粒子であり、コアのサイズが約１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にある。また、量子点は、コアのサイズを調節することで、青色（Ｂ）、黄色（Ｙ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）と同じさまざまな色を発光する蛍光物質において用いることができる。

【0040】

一例として、量子点は、ＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＭｇＴｅなど）、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体（ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ，ＩｎＰ、ＩｎＡｓＩｎＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＳなど）又はＩＶ族半導体（Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｂなど）から少なくとも二つの種類の半導体を異種接合し、コア及びシェル構造を形成することにより生成される。

【0041】

光変換層１０６においては、シェル構造を形成することにより量子点が生成される場合には、当該シェルの表面原子を保護基でキャッピングしてもよい。量子点の凝集を抑制することにより、光変換層１０６が有するシリコン樹脂又はエポキシ合成樹脂等の内部における分散性を向上させてもよい。蛍光体機能を向上させるべく、光変換層１０６に、オレイン酸と同じ物質を利用した有機リガンド（Organic Ligand）を形成してもよい。

【0042】

レンズ１０７は、光の指向角を調節する。レンズ１０７は、発光構造物１０１の上方に設けられる。つまり、半導体デバイス１００が光変換層１０６を備える場合には、レンズ１０７は光変換層１０６に接して設けられる。

【0043】

レンズ１０７は、一例として、個別チップで分離した状態で発光構造物１０１の上方に設けられるのではなく、ウェハーレベルで製造された発光構造物１０１及び支持基板１０２と共にダイシングされることによって製造される。この場合には、レンズ１０７は、発光構造物１０１の上方に設けられるとともに、発光構造物１０１の側面を覆わないように形成される。

【0044】

つまり、水平方向におけるレンズ１０７の長さは、水平方向における発光構造物１０１の長さ以下である。ここで、水平方向とは、発光構造物１０１及びレンズ１０７が積層されている方向と垂直な方向である。半導体デバイス１００が上記の構成を有する場合には、半導体デバイス１００の大きさが低減されるとともに、同一のウェハーにおいてさらに多くのチップを生成することができる。

【0045】

図３は、発光構造物１０１及び支持基板１０２の周辺を拡大した図である。半導体デバイス１００は、発光構造物１０１と支持基板１０２との間に設けられたボンディング層１０８をさらに備えてもよい。ボンディング層１０８は、例えばＡｕＳｎなどの共晶金属又は導電性エポキシなどの導電性ポリマーである。

【0046】

ボンディング層１０８は、導電性物質でなくてもよく、非伝導性ボンディング物質であってよい。この場合には、第１端子部１０３ａは、ボンディング層１０８を貫通するビアホールを介して第１伝導型半導体層２０３と接続される。

【0047】

また、半導体デバイス１００は、発光構造物１０１と支持基板１０２との間に反射金属層をさらに備えてもよい。当該反射金属層は、発光構造物１０１が放出する光を半導体デバイス１００の上部、すなわち、レンズ１０７方向に反射する。さらに、当該反射金属層は、第１伝導型半導体層２０３とオーミック接触してもよい。当該反射金属層は、例えばＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ又はＡｕを含む。

【0048】

図４は、他の実施形態に係るレンズ１０７'を拡大して示す断面図である。レンズ１０７'は表面に形成されたマイクロレンズアレイａを有してもよい。レンズ１０７'の表面にマイクロレンズアレイが形成されることによって光取り出し効率がより一層向上する。

【0049】

図５から図１０は本発明の一実施形態に係る半導体デバイス１００の製造方法を概略的に表した各工程における半導体デバイス１００の断面図である。

【0050】

まず、図５に示すように、成長基板１０９に発光構造物１０１を形成する。成長基板１０９は、半導体結晶を成長させるための基底基板として使用される。成長基板１０９は、例えば、サファイア基板である。サファイアは、六角−ロンボ型（Hexa-Rhombo R3c）対称性を有する結晶体である。サファイアは、ｃ軸及びａ軸方向の格子定数がそれぞれ１３．００１Å及び４．７５８Åであり、Ｃ（０００１）面、Ａ（１１２０）面、Ｒ（１１０２）面などを有する。

【0051】

上記のＣ面においては窒化物薄膜の成長が比較的容易であり、窒化物薄膜の成長が高温で安定するので、サファイア基板は、窒化物系半導体を成長するための基底基板に適している。サファイア基板に代えて、成長基板１０９として、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＯ、ＬｉＡｌＯ_２及びＬＩＧａＯ_２等を有する基板を使用してもよい。

【0052】

発光構造物１０１を形成する場合、まず、成長基板１０９上に第２伝導型半導体層２０１を結晶成長させる。続いて、第２伝導型半導体層２０１上に活性層２０２を結晶成長させ、活性層２０２上に第１伝導型半導体層２０３を結晶成長させる。第１伝導型半導体層２０３、第２伝導型半導体層２０１及び活性層２０２は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法などの方法により、結晶成長させることができる。

【0053】

次に、図６に示すように、発光構造物１０１に支持体として支持基板１０２を付着させた後に、発光構造物１０１から成長基板１０９を分離する。一例として、成長基板１０９と発光構造物１０１の間の領域にレーザーを照射するレーザーリフトオフにより、成長基板１０９を分離する。レーザーリフトオフ以外の方法により、成長基板１０９を分離してもよい。例えば、化学的リフトオフにより、成長基板１０９を分離することができる。支持基板１０２は、成長基板１０９を除去する工程において、発光構造物１０１を支持する。

【0054】

支持基板１０２が導電性物質を含む場合には、支持基板１０２はメッキ法又は、ボンディング接合法などの方法により形成される。支持基板１０２は、アルミナ、ＡｌＮ、不純物がドープされていないアンドープＳｉなどの非伝導性物質から成る基板であってもよい。この場合には、非導電性接着物質により、発光構造物１０１に支持基板１０２を付着させてよい。

【0055】

次に、図７に示すように、発光構造物１０１及び支持基板１０２に貫通部Ｈを形成する。図７においては、１個の貫通部Ｈが形成された例を示しているが、製造されるデバイスの数に応じて、２個以上の貫通部Ｈを形成してもよい。貫通部Ｈは、支持基板１０２を貫通し、第２伝導型半導体層２０１に達する。貫通部Ｈは、第２伝導型半導体層２０１を貫通してもよい。

【0056】

例えば、発光構造物１０１及び支持基板１０２を接合した後で、発光構造物１０１及び支持基板１０２を貫通する貫通部Ｈを形成する。発光構造物１０１及び支持基板１０２のそれぞれに貫通部Ｈを形成した後で、発光構造物１０１及び支持基板１０２を接合してもよい。その後、蒸着などの工程において、貫通部Ｈの内壁に絶縁体１０４を形成する。絶縁体１０４を貫通部Ｈの内壁だけでなく、支持基板１０２の下面に形成してもよい。

【0057】

次に、図８に示すように、第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂを形成する。第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂは、貫通部Ｈに導電性材料を充填することにより形成される。第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂの形成には、公知の蒸着法又はメッキ法を使用してよい。

【0058】

本実施形態においては、支持基板１０２の下面に第１端子部１０３ａを形成し、導電性の支持基板１０２を介して発光構造物１０１と電気的に結合させる。第２端子部１０３ｂは発光構造物１０１の支持基板１０２に接する面の反対側の面から、貫通部Ｈを経由して支持基板１０２の下面に延伸されている。第２端子部１０３ｂは、支持基板１０２の下面の一部の領域を覆う絶縁体１０４に接する。続いて、図９に示すように、発光構造物１０１上に透光性ポリマー層１０５及び光変換層１０６を形成する。

【0059】

次に、図１０に示すように、光変換層１０６の上方にレンズ１０７を設けることにより、半導体デバイスアレイを形成する。一例として、レンズ１０７は、あらかじめチップ単位で分離しないで、複数個のレンズが一体で形成された構造を有するレンズ、すなわち、ウェハーレベルレンズとして形成される。このようなウェハーレベルレンズを製作した後で、ウェハーレベルレンズを発光構造物１０１の上部に付着させてもよい。ウェハーレベルレンズを付着させた後に、個別レンズを整形してもよい。一例として、ウェハーレベルレンズは、ウェハーレベルレンズが有する複数のレンズの境界線の少なくとも一つが貫通部Ｈに重なるように設けられる。

【0060】

続いて、個別の半導体デバイス単位に分離するように、レンズ１０７が付着した構造物を図１０における矢印方向でダイシングする。つまり、第１端子部１０３ａの中央部又は第２端子部１０３ｂの中央部を通る線に沿って、支持基板１０２、発光構造物１０１、透光性ポリマー層１０５、光変換層１０６及びウェハーレベルレンズを積層方向に切断する。第２端子部１０３ｂを切断する場合には、導電性材料が充填された貫通部Ｈを切断する。ダイシングをすることにより、図１０に示す実施形態においては、３個の半導体デバイス１００を得ることができる。

【0061】

ダイシングされる前のウェハーレベルレンズが付着された状態の半導体デバイスアレイは、２個の個別レンズごとに第２端子部１０３ｂを備える。当該半導体デバイスは、第２端子部１０３ｂの間における支持基板１０２の表面に、第１端子部１０３ａを備える。第２端子部１０３ｂは、個別レンズの境界位置を延長した面に対して対称な形状を有する。また、第１端子部１０３ａは、個別レンズの境界位置を延長した面の左右で同一の長さを有する。ダイシングされる前の半導体デバイスが当該構成を有することにより、ダイシングにより得られる複数の半導体デバイス１００が同じ形状を有する。

【0062】

本実施形態のように、複数のレンズを有するウェハーレベルレンズを有する半導体デバイスアレイを製造した後に、それぞれのレンズに対応する大きさごとにダイシングして半導体デバイス１００を製造することにより、半導体層をダイシングした後にレンズを付着する製造方法に比べて製造効率が向上し、製造コストが低減する。

【0063】

図１１は、他の実施形態に係る半導体デバイス２００の概略断面図である。本実施形態において、半導体デバイス２００は、図１に示した半導体デバイス１００における支持基板１０２に代えて、電気絶縁性支持基板１０２'を備える。電気絶縁性支持基板１０２'は、例えば、アルミナ、ＡｌＮ、アンドープＳｉなどの物質により形成されている。

【0064】

半導体デバイス２００は、電気絶縁性支持基板１０２'を貫通する導電性ビアＶを有する。第１端子部１０３ａは、導電性ビアＶを介して発光構造物１０１と接続される。半導体デバイス２００においては、第２端子部１０３ｂは、電気絶縁性支持基板１０２'の発光構造物１０１に接する面と反対の面及び側面に接する。また、絶縁体１０４が、支持基板１０２'と第２端子部１０３ｂの間の領域には形成されていない。つまり、半導体デバイス２００は、電気絶縁性支持基板１０２'及び発光構造物１０１の界面に対して発光構造物１０１の側に形成された絶縁体１０４を備える。

【0065】

図１１に示した実施形態においては、第１端子部１０３ａが導電性ビアＶを介して発光構造物１０１と接続されているが、第１端子部１０３ａが第２端子部１０３ｂと同様の形状を有することにより、導電性ビアＶを介することなく発光構造物１０１と接続してもよい。つまり、第１端子部１０３ａは、第１伝導型半導体層２０３から発光構造物１０１及び支持基板１０２'の側面に沿って、支持基板１０２'に対して発光構造物１０１と反対の側まで延伸されていてもよい。

【0066】

また、図１及び図１１に示した実施形態においては、第１端子部１０３ａが発光構造物１０１の下面に接続され、第２端子部１０３ｂが発光構造物１０１の上面に接続されていた。半導体デバイスは、第１端子部１０３ａ及び第２端子部１０３ｂのそれぞれが、発光構造物１０１の下面又は上面の同じ側の面に接続される構成を有してもよい。

【0067】

例えば、第１伝導型半導体層２０３の一部の領域が発光構造物１０１の上面に露出している場合には、第１端子部１０３ａは、図１及び図１１における第２端子部１０３ｂと同様に、発光構造物１０１の上面から、発光構造物１０１及び支持基板１０２の側面に沿って支持基板１０２の下面に延伸されてもよい。また、第２伝導型半導体層２０１の一部の領域が発光構造物１０１の下面に露出している場合には、第２端子部１０３ｂは、図１における第１端子部１０３ａと同様に、支持基板１０２の下面に接して形成されてもよい。第２端子部１０３ｂは、図１１における第１端子部１０３ａと同様に、支持基板１０２'の下面に接して形成された後に、導電性ビアＶを介して発光構造物１０１に接続されてもよい。

【0068】

図１２は、他の実施形態に係る半導体デバイス３００を概略的に表した断面図である。図１２に示すように、半導体デバイス３００は、発光構造物３０１、支持基板３０２、第１端子部３０３ａ、第２端子部３０３ｂ、光変換層３０６、レンズ３０７及びボンディング層３０８を有する。発光構造物３０１は、第１伝導型半導体層４０３、活性層４０２及び第２伝導型半導体層４０１を有する。半導体デバイス３００は、発光構造物３０１と光変換層３０６との間に設けられた透光性ポリシリコンをさらに備えてもよい。

【0069】

ボンディング層３０８は、発光構造物３０１と支持基板３０２との間、又は、第１端子部３０３ａと支持基板３０２との間に設けられている。ボンディング層３０８は、電気絶縁性物質により形成されている。ボンディング層３０８として使用することができる電気絶縁性物質として、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂を例示することができる。当該物質を使用することにより、ＡｕＳｎなどの導電性ボンディング物質を使う場合に比べて製造コストを低減することができる。

【0070】

支持基板３０２は、電気絶縁性の基板である。第１端子部３０３ａは、支持基板３０２及びボンディング層３０８を貫通して、発光構造物３０１の第１伝導型半導体層４０３と接続する。第１端子部３０３ａの下面は、外部に露出する。第１端子部３０３ａは、支持基板３０２及びボンディング層３０８を貫通する導電性ビアを介して、第１伝導型半導体層４０３に接続されてもよい。第１端子部３０３ａは、一例として、ボンディング層３０８と第１伝導型半導体層４０３との間において、ボンディング層３０８及び第１伝導型半導体層４０３の全面と接して、第１伝導型半導体層４０３とオーミック接触する。第１端子部３０３ａは、活性層４０２が放出する光を反射する反射金属層を有してもよい。

【0071】

第２端子部３０３ｂは、支持基板３０２、ボンディング層３０８、第１端子部３０３ａ、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２を貫通して第２伝導型半導体層４０１に接続する。第２端子部３０３ｂの下面は、外部に露出する。第２端子部３０３ｂは、例えば貫通ビアを介して第２伝導型半導体層４０１に接続する。半導体デバイス３００は、第２端子部３０３ｂと活性層４０２、第１伝導型半導体層４０３及び第１端子部３０３ａとの間に絶縁体３０４を有することにより、第２端子部３０３ｂとボンディング層３０８、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２との間での短絡を防止することができる。

【0072】

第２端子部３０３ｂが図１２に示す構造を有することによって、発光構造物３０１の表面に光の進行を邪魔する部分がなくなるので、光取り出し効率を向上することができる。また、第２端子部３０３ｂが第２伝導型半導体層４０１に接続される領域が第２伝導型半導体層４０１の内部にあるので、電流分散の点でも有利である。電流分散の点でさらに有利にするべく、第２端子部３０３ｂは、２個以上の導電性ビアを介して第２伝導型半導体層４０１に接続してもよい。

【0073】

図１２に示した実施形態においては、一つの導電性ビアが支持基板３０２、ボンディング層３０８、第１端子部３０３ａ、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２を貫通している。しかし、支持基板３０２、ボンディング層３０８、第１端子部３０３ａ、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２のそれぞれを貫通し、空間的に分離された複数の導電性ビアが電気的に結合されていてもよい。

【0074】

図１３は、他の実施形態に係る半導体デバイス４００の概略断面図である。半導体デバイス４００は、図１２に示した半導体デバイス３００と異なり、導電性支持基板３０２'を備える。導電性支持基板３０２'は、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣなどのさまざまな物質のいずれかにより構成される。導電性支持基板３０２'は、当該物質が混合された物質から成る基板であってもよい。

【0075】

半導体デバイス４００は、支持基板３０２'と第１端子部３０３ａ及び第２端子部３０３ｂとを絶縁するべく、支持基板３０２'と第１端子部３０３ａとの間に絶縁体３０４ａを有し、支持基板３０２'と第２端子部３０３ｂとの間に絶縁体３０４ｂを備える。絶縁体３０４ｂは、第２端子部３０３ｂの側面に沿って第２伝導型半導体層４０１に達するまで延伸され、第２端子部３０３ｂとボンディング層３０８、第１端子部３０３ａ、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２との間を絶縁する。

【0076】

図１４は、他の実施形態に係る半導体デバイス５００の概略断面図である。半導体デバイス５００は、導電性支持基板３０２'を有する。第１端子部３０３ａは、第１伝導型半導体層４０３の活性層４０２に接する面の反対側の面に接する。第１端子部３０３ａは、電気絶縁性のボンディング層３０８を貫通して支持基板３０２'と接続される。半導体デバイス５００においては、第１端子部３０３ａが外部に露出しないで、支持基板３０２'が端子部として機能する。

【0077】

図１５は、他の実施形態に係る半導体デバイス６００の概略断面図である。図１２、図１３及び図１４に示した半導体デバイス３００、半導体デバイス４００及び半導体デバイス５００が、電気絶縁性ボンディング層３０８を有していたのに対して、半導体デバイス６００は、導電性ボンディング層３０８'を有する。半導体デバイス６００におけるボンディング層３０８'は、例えば、ＡｕＳｎなどの共晶金属層又は導電性エポキシである。

【0078】

ボンディング層３０８'が導電性を有する場合には、半導体デバイス６００は、絶縁体３０４ｃをさらに備える。絶縁体３０４ｃは、ボンディング層３０８'と第１端子部３０３ａとの間に形成されている。絶縁体３０４ｃは、絶縁体３０４ａ及び絶縁体３０４ｂと接続され、絶縁体３０４ａ、絶縁体３０４ｂ及び絶縁体３０４ｃは、一体の絶縁体となって第１端子部３０３ａ及び第２端子部３０３ｂを相互に絶縁する。

【0079】

以上説明した通り、本実施形態に係る半導体デバイスにおいては、支持基板及びボンディング層として、電気絶縁性物質及び導電性物質のいずれをも使用することができる。したがって、半導体デバイス内部の電気的結合構造及び絶縁構造をさまざまな形態に変形することができる。

【0080】

図１２から図１５の実施形態に係る半導体デバイスは、図５から図１０において説明した製造方法を変形して製造することができる。すなわち、図７に示した発光構造物１０１を貫通する貫通部Ｈの代わりに、第１伝導型半導体層４０３及び活性層４０２を貫通して第２伝導型半導体層４０１に達する開口を形成し、当該開口に導電性材料を充填することにより、第２端子部３０３ｂと第２伝導型半導体層４０１とを電気的に結合する導電性ビアを形成することができる。

【0081】

また、図５から図１０に示した実施形態においては、第２端子部１０３ｂが発光構造物１０１及び支持基板１０２の側面に形成されるので、ダイシングによって第２端子部１０３ｂが切断される。これに対して、図１２から図１５の実施形態の場合には、第１端子部３０３ａ及び第２端子部３０３ｂは、ダイシングによって切断されない。

【0082】

図１６は、本発明の他の実施形態に係る照明装置７００の概略断面図である。照明装置７００は、半導体デバイス１００、バルブ７１０、端子７２０、配線７３０及び基板７４０を備える。基板７４０は、複数の半導体デバイス１００と複数の端子７２０とを接続する複数のスルーホール７５０を有する。

【0083】

照明装置７００は、配線７３０、端子７２０及びスルーホール７５０を介して、商用電源から取得した電力を半導体デバイス１００に供給する。半導体デバイス１００は、電力の供給を受けてバルブ７１０に向けて発光する。

【0084】

基板７４０は、半導体デバイス１００が設けられた面と同一の面上に、半導体デバイス１００に流れる電流を調整する抵抗などの半導体デバイス１００を駆動する回路を有してもよい。半導体デバイス１００は、複数の電極が下面に露出しているので、半導体デバイス１００を駆動する回路及び半導体デバイス１００を容易にプリント基板の同一面に実装することができる。

【0085】

図１７は、バックライト８００の構成例を示す。バックライト８００は、複数の半導体デバイス１００が１次元または２次元に配列されたデバイスアレイ８２０と、導光板８１０とを備える。また、バックライト８００は、導光板８１０の光射出面に対向する位置に設けられた、拡散シートおよびレンズシート等の光学シートを更に備えてよい。

【0086】

デバイスアレイ８２０は、導光板８１０の各長辺に対向して設けられてよい。それぞれの半導体デバイス１００は、導光板８１０の側面から、導光板８１０の内部に光を射出する。導光板８１０は、入射された光を、所定の光射出面から射出する。また、デバイスアレイ８２０は、導光板８１０の光射出面とは逆側の面に対向して設けられてよい。つまり、バックライト８００は、直下型であってもよい。当該バックライトは、テレビ等の液晶モニタ、携帯電話の液晶画面等に用いることができる。

【0087】

なお、図１及び図２に関連して説明した半導体デバイス５０及び半導体デバイス１００は、更に多様な用途に用いることができる。例えば半導体デバイス１００は、自動二輪車、自動四輪車のヘッドライトの光源として使用することもできる。この場合、ヘッドライトは、１または複数の半導体デバイス１００と、半導体デバイス１００の射出光を車外に照射するレンズとを有する。

【0088】

また、半導体デバイス１００は、蛍光灯の光源として使用することもできる。この場合、蛍光灯は、一次元に配列された複数の半導体デバイス１００と、複数の半導体デバイス１００を格納し、半導体デバイス１００の射出光を外部に照射するチューブとを有する。

【0089】

また、半導体デバイス１００は、情報表示装置の画素として使用することもできる。この場合、情報表示装置は、二次元に配列された複数の半導体デバイス１００と、それぞれの半導体デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。複数の半導体デバイス１００には、緑色光、青色光または赤色光をそれぞれ射出する複数種類のデバイスが含まれてよい。

【0090】

また、半導体デバイス１００は、信号機の光源として使用することもできる。信号機は、それぞれ異なる色を射出する少なくとも２種類の半導体デバイス１００と、それぞれの半導体デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。信号機は、色ごとに半導体デバイス１００を複数有してよい。

【0091】

また、半導体デバイス１００は、電気機器の動作状態を示す表示灯の光源として使用することもできる。表示灯は、例えばテレビまたはノートパソコンの電源の状態等を示す表示灯であって、半導体デバイス１００と、半導体デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。

【0092】

本発明の技術的範囲は、以上説明した実施形態及び添付された図面に限定されるものではなく、添付する特許請求の範囲によって定められる。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で本発明に係る技術分野の通常の知識を持った者により、さまざまな形態の置換、変形及び変更が可能であり、これらもまた本発明の範囲に属する。

【符号の説明】

【0093】

５０ 半導体デバイス、１００ 半導体デバイス、１０１ 発光構造物、１０２ 支持基板、１０３ａ 第１端子部、１０３ｂ 第２端子部、１０４ 絶縁体、１０５ 透光性ポリマー層、１０６ 光変換層、１０７ レンズ、１０８ ボンディング層、１０９ 成長基板、２００ 半導体デバイス、２０１ 第２伝導型半導体層、２０２ 活性層、２０３ 第１伝導型半導体層、３００ 半導体デバイス、３０１ 発光構造物、３０２ 支持基板、３０３ａ 第１端子部、３０３ｂ 第２端子部、３０４ 絶縁体、３０６ 光変換層、３０７ レンズ、３０８ ボンディング層、３０８' ボンディング層、４００ 半導体デバイス、４０１ 第２伝導型半導体層、４０２ 活性層、４０３ 第１伝導型半導体層、５００ 半導体デバイス、６００ 半導体デバイス、７００ 照明装置、７１０ バルブ、７２０ 端子、７３０ 配線、７４０ 基板、７５０ スルーホール、８００ バックライト、８１０ 導光板、８２０ デバイスアレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】