特許 6349904 半導体発光装置およびその製造方法

(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】6349904

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】半導体発光装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/60 20100101AFI20180625BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/60

   H01L33/58

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-86142(P2014-86142)

(22)【出願日】2014年4月18日

(65)【公開番号】特開2015-207615(P2015-207615A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145104

【弁理士】

【氏名又は名称】膝舘 祥治

(72)【発明者】

【氏名】三賀 大輔

(72)【発明者】

【氏名】岡 祐太

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０５７２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７７６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２５５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８７９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５７４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０８３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９５６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０４４２４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２１０１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１３４８７（ＵＳ，Ａ１）

(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】

積層体である半導体層の積層方向に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置を製造する方法であって、
半導体層を有する複数の発光素子を支持体に配置するステップと、
光取り出し面とする側に向かい合って隣接する２つの発光素子の間に架け渡され、その架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面を有する導光部材を前記２つの発光素子に配置するステップと、
前記導光部材の少なくとも前記傾斜面を含む面上に光反射材を配置するステップと、
前記半導体層の側面および前記導光部材を覆うように光反射性を有する絶縁部材を配置するステップと、
前記隣接する２つの発光素子の間の位置で前記絶縁部材および前記導光部材を切断して前記光取り出し面を含むパッケージ側面を形成するとともに、前記発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、前記光取り出し面を含む側面以外のパッケージ側面を形成するステップと、
を含む、半導体発光装置を製造する方法。

【請求項2】

前記発光素子をマトリックス状に配置した後、前記隣接する２つの発光素子ごとに、複数の導光部材を、それぞれ間隔を空けて配置する、請求項１に記載の半導体発光装置を製造する方法。

【請求項3】

前記導光部材は、ガラス基板である、請求項１または２に記載の半導体発光装置を製造する方法。

【請求項4】

前記半導体発光装置の前記導光部材は、前記光取り出し面に対して傾斜する第一乃至第三の傾斜面を備え、
前記半導体層の発光面が（００１）面で表され、発光面に対し直交する光取り出し面が（０１０）面で表されるとき、前記第一の傾斜面は、（０−１１）面から（０−２１）面の範囲の角度をなし、前記第二の傾斜面は、（１−１１）面から（２−２１）面の範囲の角度をなし、前記第三の傾斜面は、（−１−１１）面から（−２−２１）面の範囲の角度をなす、請求項１または２に記載の半導体発光装置を製造する方法。

【請求項5】

前記第二の傾斜面と前記第三の傾斜面は面対称の関係にある、請求項４に記載の半導体発光装置を製造する方法。

【請求項6】

積層体である半導体層の積層方向に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置を製造する方法であって、
透光性を有する成長基板上に半導体層を積層し複数の発光素子を形成するステップと、
前記成長基板に対し、光取り出し面とする側に向かい合って隣接する２つの発光素子の間に架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面を形成するステップと、
前記成長基板の少なくとも前記傾斜面を含む面上に光反射部材を配置するステップと、
前記半導体層の側面および前記成長基板を覆うように光反射性を有する絶縁部材を配置するステップと、
前記隣接する２つの発光素子の間の位置で前記絶縁部材および前記成長基板を切断して前記光取り出し面を含むパッケージ側面を形成するとともに、前記発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、前記光取り出し面を含む側面以外のパッケージ側面を形成するステップと、
を含む、半導体発光装置を製造する方法。

【請求項7】

前記発光素子をマトリックス状に配置した後、前記隣接する２つの発光素子ごとに、複数の成長基板が、それぞれ間隔を空けて配置されるように、前記成長基板に対し傾斜面を形成する、請求項６に記載の半導体発光装置を製造する方法。

【請求項8】

積層体である半導体層の積層方向に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置であって、
前記半導体層上に配置され、前記光取り出し面の反対側面が当該光取り出し面に対して傾斜する第一の傾斜面を有する導光部材と、
前記導光部材の少なくとも前記第一の傾斜面を含む面上に配置される光反射部材と、
前記光取り出し面側を開放して、前記半導体層の側面および前記導光部材を覆う光反射性のパッケージと、
を備え、
前記導光部材は、前記半導体層の成長基板である半導体発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する。）は、高い発光効率、低い消費電力および長寿命であるという観点から、照明用装置をはじめ、光通信装置、携帯型電子機器などの様々な応用製品の光源として採用されている。現在主流とされる白色ＬＥＤは、波長のピークが４５０ｎｍ前後の青色ＬＥＤと、その青色光を５５０ｎｍ前後の波長に変換する黄色蛍光体との組み合わせに基づいて、単一のＬＥＤ素子（シングルチップ）のみによる白色光が実現されている。

【0003】

近年のたとえば携帯型電子機器などでは小型化および高性能化が著しく進歩し、このような機器に搭載できる、より小型で高輝度の半導体発光装置が求められている。小型化された半導体発光装置は、いわゆるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）として普及している。また、たとえば特許文献１には、サファイア基板に傾斜面を形成し、基板の側面から光を取り出す半導体発光素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２９５６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の半導体発光装置では、発光強度を上げるために光取り出し面に凹凸加工をしている。しかしながら、小型化された半導体発光装置についてこのような凹凸加工を施すことは事実上困難であり、小型化および高輝度化を実現することは困難であった。

【0006】

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、小型化および高輝度化を実現した半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、積層体である半導体層の積層方向に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置であって、前記半導体層上に配置され、前記光取り出し面の反対側面が当該光取り出し面に対して傾斜する第一の傾斜面を有する導光部材と、前記導光部材の少なくとも前記第一の傾斜面を含む面上に配置される光反射部材と、前記光取り出し面側を開放して、前記半導体層の側面および前記導光部材を覆う光反射性のパッケージと、を備える半導体発光装置である。

【0008】

また、本発明は、積層体である半導体層の積層方向に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置を製造する方法であって、半導体層を有する複数の発光素子を支持体の上に配置するステップと、光取り出し面とする側に向かい合って隣接する２つの発光素子の間に架け渡され、その架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面を有する導光部材を成形するステップと、前記導光部材の少なくとも前記傾斜面を含む面上に光反射部材を配置するステップと、前記半導体層の側面および前記導光部材を覆うように絶縁部材を配置するステップと、前記隣接する２つの発光素子の間の位置で前記絶縁部材および前記光導部材を切断して前記光取り出し面を含むパッケージ側面を形成するとともに、前記発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、前記光取り出し面を含む側面以外のパッケージ側面を形成するステップと、を含む、半導体発光装置を製造する方法である。

【0009】

また、本発明は、積層体である半導体層に対し光取り出し面が平行である半導体発光装置を製造する方法であって、透光性を有する成長基板上に半導体層を積層し複数の発光素子を形成するステップと、前記成長基板に対し、光取り出し面とする側に向かい合って隣接する２つの発光素子の間に架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面を形成するステップと、前記成長基板の少なくとも前記傾斜面を含む面上に光反射部材を配置するステップと、前記半導体層の側面および前記成長基板を覆うように絶縁部材を配置するステップと、前記隣接する２つの発光素子の間の位置で前記絶縁部材および前記成長基板を切断して前記光取り出し面を含むパッケージ側面を形成するとともに、前記発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、前記光取り出し面を含む側面以外のパッケージ側面を形成するステップと、を含む、半導体発光装置を製造する方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、半導体発光装置の光取り出し面以外への光の漏れ、すなわち発光損失を低減し高輝度化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態による半導体発光装置を光取り出し面側から見た正面図である。

【図2】図１に示される半導体発光装置の縦断面図である。

【図3】本発明の実施形態による、半導体層に配置される導光部材の斜視図である。

【図4】本発明の実施形態による半導体発光装置を製造する方法を説明するため、工程を断面で示すフロー図である。

【図5】図４に対応して、半導体発光装置を製造する工程を示す平面図である。

【図6】本発明の他の実施形態による、半導体発光装置を製造する方法を説明するための図である。

【図7】本発明のさらに他の実施形態による半導体発光装置の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の好適な実施形態にかかる半導体発光装置を、図面を参照しながら以下説明する。なお、参照される各図を通し、同一の各構成要素および形態は異なるが対応関係がある構成要素に対して同一の符号が付されている。また、これらの図面における構成は本発明の半導体発光装置を説明するための例示にすぎない。また、図面は半導体発光装置の構成を誇張して示す模式図である。本発明は、これらの図面や実施形態の説明における記載に限定されるものではない。

【0013】

図１は本発明の一実施形態による半導体発光装置１を光取り出し面側から見た正面図である。図２は図１に示されるII-II位置で切断した場合の半導体発光装置１の縦断面を模式的に示す図である。

【0014】

半導体発光装置１は、ＬＥＤを構成する積層体である半導体層２と、この半導体層２から放射される光を外部に取り出すための光取り出し面６とを備える。光取り出し面６は、半導体層２の積層方向に対して平行である。ただし、光取り出し面６は、半導体層２の積層方向に対して厳密な意味で平行である必要はなく、略平行すなわち、実質的に平行であればよい。光取り出し面６が、少なくとも半導体層２の中間層である活性層の積層方向に対し平行であれば、半導体層２の積層方向に対し平行または実質的に平行ということができる。ここで、半導体発光層とは、ＬＥＤの半導体層２またはその中間層である活性層をいう。

【0015】

半導体層２は、たとえば窒化物系化合物半導体（一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１））からなるＧａＮ系ＬＥＤを用いることができる。ＧａＮ系ＬＥＤには、紫外ＬＥＤや青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤなどがある。また、ＬＥＤを構成する半導体層２が、他のたとえばＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの化合物半導体からなるものであってもよい。これらを適宜用いることにより、ＬＥＤの発光色の波長帯は、紫外光から可視光の全域とすることができる。半導体層２の下部には、ｎ電極１１およびｐ電極１２が形成される。

【0016】

本実施形態の半導体発光装置１は、半導体層２の上に配置され透光性を有する導光部材３、導光部材３の面上に配置される光反射部材４、光取り出し面６側に開放部を有して半導体層２、半導体層２の側面（図２には左端側面のみ示されている。）および導光部材３を内部に覆うように配置される、絶縁部材からなるパッケージ５を備える。このパッケージ５は、半導体層２の側面および光反射部材４の上面を覆う構造であってもよい。また、パッケージ５は、導光部材の第１の傾斜面に隣接する側面を覆う構造であってもよい。

【0017】

導光部材３は、透光性を有し、たとえば蛍光体を波長変換素材として含む波長変換部とすることができる。

【0018】

波長変換素材（蛍光体）は、たとえば、Ｃｅ、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される、窒化物系蛍光体または酸窒化物系蛍光体を含有することができる。より具体的には、蛍光体として、たとえばＣｅ等のランタノイド元素で賦活される希土類アルミン酸塩を用いることができ、そのうちＹＡＧ系蛍光体が好適に用いられる。また、ＹＡＧ系蛍光体のうちＹの一部または全部をＴｂ、Ｌｕで置換したものでもよい。また、Ｃｅで賦活される希土類ケイ酸塩等を蛍光体の材料に用いることができる。

【0019】

また、波長変換素材（蛍光体）として、Ｅｕ等のランタノイド系元素で賦活される、アルカリ土類ハロゲンアパタイト、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン、アルカリ土類金属アルミン酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属硫チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素またはゲルマン酸塩、もしくはＥｕ等のランタノイド系元素で賦活される有機または有機錯体を用いることができる。たとえば赤色蛍光体として、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ_３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等がある。他にも、発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する、たとえば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を材料に用いることができる。他には、Ｍｎ^４＋付活Ｍｇフルオロジャーマネート蛍光体およびＭ^１_２Ｍ^２Ｆ_６：Ｍｎ^４＋（Ｍ^１＝Ｌｉ,Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ；Ｍ^２＝Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ）蛍光体からなる群より選択される少なくとも１種である。

【0020】

また、導光部材３は、半導体層２を封止するものでもよい。そのような封止材は、蛍光体（波長変換素材）を含有する透明樹脂からなることが好ましい。また封止材は、必ずしも蛍光体（波長変換素材）を含有している必要はなく、拡散材（フィラーなど）や着色材（顔料など）を含有する樹脂であってもよい。

【0021】

また、導光部材３は、半導体層２のサファイア等の成長基板からなるものでもよい。導光部材３は、または透明なガラス基板であってもよい。導光部材３は、単層構造であってもよいが、半導体層２から放射される光の波長を変換する波長変換部と透明部とが積層される多層構造であってもよい。たとえば、導光部材３は、サファイア等の成長基板の表面にたとえばＹＡＧ系の蛍光体層が成膜されたものでもよい。

【0022】

ここで、図３の斜視図には、半導体層２と、半導体層２に配置される導光部材３の形状が例示される。図に示される導光部材３は、光取り出し面６の反対側面が当該光取り出し面８に対して傾斜する第一の傾斜面７を有している。

【0023】

たとえば、半導体層２の発光面が（００１）面で表され、発光面に対し直交する光取り出し面６が（０１０）面で表わされるとき、第一の傾斜面７は（０−ｂｃ）面に形成される。ここで、ミラー指数ｂ、ｃは任意の正の整数である。なお、本明細書中の面方位の記載において、ミラー指数が負の成分を有する場合には、便宜的に数字の前にマイナス「−」を付して表示している。

【0024】

第１の傾斜面７は、光取り出し面６に対してたとえば４５度に傾斜する（０−１１）面とすることができる。また、傾斜面７は、たとえば（０−１１）面から（０−２１）面の範囲の角度をなす面方位でもよい。

【0025】

また、図３に示される導光部材３には、その長手方向における第１の傾斜面７の両隅部に、光取り出し面６に対して傾斜する第二および第三の傾斜面８ａ、８ｂが形成されている。図３の実施形態によれば、光取り出し面６が（０１０）面で表わされるとき、第二の傾斜面８ａは（ａ−ｂｃ）面に形成され、第三の傾斜面８ｂは（−ａ−ｂｃ）面に形成される。ここで、ミラー指数ａ、ｂ、ｃは任意の正の整数である。たとえば、第二の傾斜面８ａが（１−１１）面であり、第三の傾斜面８ｂが（−１−１１）面とすることができる。また、第二の傾斜面８ａは、（１−１１）面から（２−２１）の範囲の角度をなす面方位であってもよい。同様に、第三の傾斜面８ｂは、（−１−１１）面から（−２−２１）の範囲の角度をなす面方位であってもよい。ただし、第二および第三の傾斜面８ａ、８ｂは面対称の関係にあることが好ましい。また、第一および第二の傾斜面７、８ａの間の境界には段差が生じないように導光部材３が形成されることが好ましい。同様に、第一および第三の傾斜面７、８ｂの間の境界にも段差が生じないように導光部材３が形成されることが好ましい。

【0026】

かかる導光部材３は、半導体層２に直接接合して配置されてよく、透明な接着材などのある種の媒体層を介して半導体層２に配置されてもよい。さらに導光部材３は、サファイアなどの成長基板上に配置されてもよい。

【0027】

ここで「直接接合」とは、接着材などを介在させずに原子の結び付きを利用して界面を接合することである。ここで使用される直接接合は、一般的に常温接合に分類される接合方式が好ましい。直接接合には、接合のための非常に高い温度で化学反応や拡散を促す方式もあるが、そのような高温方式はＬＥＤにおける温度の制約から好ましくない。

【0028】

本実施形態に適した直接接合方式としては、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合などがある。表面活性化接合は、超高真空中で不活性イオンを接合界面に照射することにより、表面を清浄、活性化し接合する。原子拡散接合は、同じく超高真空中で金属をスパッタリングし、その金属の拡散により接合する。スパッタ膜を非常に薄くすることで、光取り出しに影響なく接合できることも確認されている。水酸基接合は接合界面に水酸基を形成し、水酸基の水素結合で接合する。常温接合においては、必要に応じて加熱処理を行うことで結合力が増す場合がある。その場合、加熱は、４００℃以下、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２００℃以下で加熱してもよい。また、他の適した直接接合方式としては、電界中で低温接合する陽極接合方式がある。

【0029】

このような直接接合を採用することにより、導光部材３である接合部材へ放射される光の光学的特性への影響を無視することができる。

【0030】

なお図示はしていないが、導光部材３は、ＢＰＦ（Band Pass Filter）を介して波長変換部および／または透明部が半導体層２上に配置されるものでもよい。光波長のピークが４５０ｎｍ前後である窒化物系化合物半導体の場合において、ＢＰＦの波長帯域は４２０〜５００ｎｍであることが好ましい。さらに、ＢＰＦの波長帯域は４３０〜４７０ｎｍであることがより好ましい。

【0031】

また、本実施形態の半導体発光装置１は、導光部材３の少なくとも傾斜面７、８ａ、８ｂを含む面上に光反射部材４が配置されている。

【0032】

図１および図２に示される光反射部材４は、たとえば、導光部材３の表面に形成したＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）である。ＤＢＲは、「誘電体ＤＢＲミラー」とも言い、高屈折率層と低屈折率層とからなる二層の周期がλ／２ｎの積層膜である（ここで、λは真空におけるＬＥＤ光の波長、ｎは媒体（具体的には導光部材）の屈折率である。）。ＤＢＲは、例えば、低屈折率層としてＳｉＯ_２、高屈折率層としてＮｂ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２の積層膜とすることができる。また、積層数は、単層でλ／４ｎの層の場合、３〜５ペア程度とすることができる。ＤＢＲである光反射部材４は、半導体層２から放射される光を反射する機能を有している。これにより、半導体層２から放射される光は、導光部材３を通り、傾斜面７、８ａ、８ｂを有する導光部材３と光反射部材４との境界で反射して、効率よく光取り出し面６へ導かれる。

【0033】

また、光反射部材４は、Ａｇ、Ａｌなどの光反射性または光沢性を有する金属であってもよい。さらに光反射部材４は、金属層とＤＢＲ層との多層体であってもよい。なお、金属は、発光素子の光の一部を吸収してしまうので、光反射部材４は、ＤＢＲとすることが好ましい。このＤＢＲは、発光素子からの光の大部分を反射できるが、ブリュスター角の関係で一部の光が漏れる。この漏れ光を抑制して発光装置の輝度を向上させるためには、傾斜面および半導体層の側面が、以下に述べるパッケージ５でＤＢＲの上から覆われていることが好ましい。また、光反射部材４は、半導体層２側から順にＤＢＲと金属とが積層された積層体を備えていてもよい。

【0034】

本実施形態の半導体発光装置１は、光取り出し面６側に開放部を有して半導体層２、導光部材３を内部に覆うように配置されるパッケージ５を備える。パッケージ５は電気的絶縁性と白色の光反射性を有している。図２に示されるように、光反射性のパッケージ５は、導光部材３の第１の傾斜面７に隣接する側面を覆っている。また、図示はしていないが、光反射性のパッケージ５は、導光部材３の第２および第３の傾斜面８ａ、８ｂに隣接する側面を覆うものでもよい。また、光反射性のパッケージ５は、半導体層２の側面から、当該半導体層２の導光部材３が配置された側の反対側となる当該半導体層２の底面にかけて連続して覆っている。これらのような光反射性のパッケージ５により、光の漏れを抑制することができる。半導体層２の底面の側には電極１１、１２を備えており、光反射性のパッケージ５は、半導体層２の底面にかけて連続して電極１１、１２の一部を覆っていることが好ましい。このように、光反射性のパッケージ５が半導体層２の底面にかけて連続して覆うことにより、光の漏れを抑制することができるだけでなく、極性が異なる電極１１、１２間の電気的な絶縁性が十分に確保される。

【0035】

図１および図２に示されるパッケージ５の材料は、たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等のような樹脂を含む絶縁部材であることが好ましい。これらの樹脂は、光反射性を有する白色とするために、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種を含むことが好ましい。特にＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２よりなる群から選択される少なくとも１種を混合してなることが好ましい。これらのような材料を採用することにより、パッケージ５は、好適な電気的絶縁性、機械的強度および光反射性を備えることができる。

【0036】

このパッケージ５の材料は、上述した樹脂以外にも、トランスファーモールド成形を行うことができる熱可塑性樹脂を用いてもよい。

【0037】

このような光反射性と電気絶縁性とを兼ね備えるパッケージ５は、半導体層２に接続するｎ電極１１とｐ電極１２間を電気的に絶縁する絶縁部材と一体をなしている。これにより半導体発光装置１の構造が簡素化され、製造工程数を減少させることができる。

【0038】

本実施形態の半導体発光装置１は、パッケージサイズがたとえば２ｍｍ×１ｍｍであり、高さ（厚み）が０．３ｍｍである。ただし、発明の実施にあたり、パッケージサイズはこれに限定されない。

【0039】

次に、上述した実施形態の半導体発光装置を製造するための方法を図４および図５を参照して説明する。

【0040】

はじめに、半導体層２、ｎ電極１１、ｐ電極１２および所定の保護膜層等を形成した積層体である複数のＬＥＤ素子（以下「発光素子」という。）を準備する。半導体層２は、窒化物系化合物半導体（一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１））からなるＧａＮ系を用いることができる。半導体層２のｎ型半導体層はＳｉを含有するＧａＮ層を有してなり、ｐ型半導体層はＭｇまたはＺｎを含有するＧａＮ層を有してなる。また、活性層は、ＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を有してなる。図示はしていないが、活性層は量子井戸構造を有している。

【0041】

半導体層２は、たとえば有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）法によって、サファイア等の成長基板上に順次積層して形成することができる。またその他の気相または液相成長法を用いて半導体層２を形成してもよい。

【0042】

カソードとしてのｎ電極１１は、ｎ型半導体層に電気的に接合して設けられる。一方、アノードとしてのｐ電極１２は、ｐ型半導体層に電気的に接合して設けられる。たとえば、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりアンダー・バリア・メタル（ＵＢＭ）を成膜し、成膜したＵＢＭ上に濡れ性の良い導電性金属であるたとえばＡｕをメッキすることにより、バンプ状のｎ電極１１およびｐ電極１２が得られる。

【0043】

サファイア成長基板をＬＬＯ（Laser Lift Off）法により発光素子から除去した後（図示略）、支持体である、たとえば粘着シート２０上にｎ電極１１およびｐ電極１２が接するように発光素子を設置する。なお、成長基板を残したまま発光素子を粘着シート２０上に設置してもよい。粘着シート２０上に発光素子を設置した後に成長基板をリフトオフしてもよいし、そのまま成長基板を半導体層２に残してもよい。ここで、図５（ａ）には、複数の半導体層２（発光素子）を所定の間隔でマトリックス状に配置した工程後の平面図が示される。

【0044】

発光素子をマトリックス状に配置した後、隣接する２つの発光素子ごとに、複数の導光部材３を、それぞれ間隔を空けて配置する。図４および図５には、光取り出し面とする側に互いに向かい合って隣接する２つの発光素子の間を架け渡して導光部材３を配置した例が示されている。導光部材３は、たとえばＹＡＧ系の蛍光体を含有する透明樹脂からなる。導光部材３は、２つの発光素子の間に架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面を有する所定の形状にモールド成形される。なお、成長基板が残されている発光素子に対しては、成長基板上に波長変換部材をモールド成形してもよい。ここで、図５（ｂ）には、マトリックス状に配置された半導体層２と、それらの上に配置され所定の形状に成形した工程後の導光部材３が示される。この例示では、所定の間隔を空けて、図面の奥行き方向に伸びる複数の導光部材３を配置する。

【0045】

導光部材３は、透明樹脂に蛍光体（波長変換素材）の他、たとえば拡散材（フィラーなど）および／または着色材（顔料など）を含有してもよい。また、ＢＰＦを半導体層２に直接接合し、その後に蛍光体を含む波長変換部材をモールド成形して導光部材３を配置してもよい。

【0046】

次に、導光部材３の少なくとも傾斜面を含む面上に光反射部材４を配置する。光反射部材４は、導光部材３の表面に形成したＤＢＲである。光反射部材４はまた、Ａｇ、Ａｌなどの光反射性または光沢性を有する金属を導光部材３の表面にスパッタリング法により成膜してもよい。さらに光反射部材４は、半導体層２側からＤＢＲおよび金属の順で積層した積層体を備えるものであってもよい。

【0047】

次に、半導体層２の全ての側面、および、光反射部材４が配置された導光部材３を覆うようにパッケージ５の材料である絶縁部材を配置する。パッケージ５は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉからなる群から選択される１種の酸化物、若しくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種を混合してなるシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を型に注入し加熱することでモールド成形される。特に、パッケージ５の素材としては、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。これにより、パッケージ５が良好な電気絶縁性と光反射性を得ることができる。図５（ｃ）には、各導光部材３を覆うように、パッケージ５の材料である絶縁部材を充填した工程後の平面図が示される。

【0048】

パッケージ５となる絶縁部材は、発光素子の間隙を埋め、かつ、導光部材３の第１の傾斜面に隣接する側面を覆うように充填される。また、半導体層２の側面から、電極１１、１２を備える当該半導体層２の底面にかけて、パッケージ５の絶縁部材が連続して充填される。各電極１１、１２の間隙に絶縁部材が充填されることで、これら電極間の十分な電気的絶縁性が確保される。

【0049】

パッケージ５を成形する方法としては、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法などの一般的な成形法を採用することができる。加熱することにより樹脂を硬化させた後に、任意で、電極１１、１２に電気的に接続する外部パッド電極を形成してもよい。

【0050】

このパッケージ５の素材としては、上述した樹脂以外にも、トランスファーモールド成形を行うことができる熱可塑性樹脂を用いてもよい。

【0051】

そして、隣接する２つの発光素子の間の位置でパッケージ５となる絶縁部材および導光部材３を切断する。これにより、光取り出し面６を含むパッケージ５の側面を形成するとともに、発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、光取り出し面６を含む側面以外のパッケージ５の側面を形成する。これらを切断する方法は、たとえばダイシングやダイヤモンドカットが用いられる。このような製造工程を経て、小型化および高輝度化が実現された端面発光型の半導体発光装置１が提供される。図５（ｄ）には、切断工程後に得られる複数の半導体発光装置１の平面図が示される。

【0052】

図６を参照して、半導体発光装置を製造するための他の方法を説明する。はじめに、半導体層２、ｎ電極１１、ｐ電極１２および所定の保護膜層等を形成した積層体である複数の発光素子を準備する。半導体層２は、窒化物系化合物半導体（一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１））からなるＧａＮ系を用いることができる。半導体層２のｎ型半導体層はＳｉを含有するＧａＮ層を有してなり、ｐ型半導体層はＭｇまたはＺｎを含有するＧａＮ層を有してなる。また、活性層は、ＧａＮ層やＩｎＧａＮ層を有してなる。

【0053】

半導体層２は、たとえばＭＯＣＶＤ法によって、サファイア等の成長基板上に順次積層して形成することができる。またその他の気相または液相成長法を用いて半導体層２を形成してもよい。

【0054】

カソードとしてのｎ電極１１は、ｎ型半導体層に電気的に接合して設けられる。一方、アノードとしてのｐ電極１２は、ｐ型半導体層に電気的に接合して設けられる。たとえば、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層のそれぞれの所定位置にスパッタリング等によりアンダー・バリア・メタル（ＵＢＭ）を成膜し、成膜したＵＢＭ上に濡れ性の良い導電性金属であるたとえばＡｕをメッキすることにより、バンプ状のｎ電極１１およびｐ電極１２が得られる。

【0055】

支持体である、たとえば粘着シート２０上にｎ電極１１およびｐ電極１２が接するように複数の発光素子を設置する。発光素子をマトリックス状に配置した後、隣接する２つの発光素子ごとに、導光部材３となる複数の成長基板が、それぞれ間隔を空けて配置されるように、当該成長基板に対し傾斜面を形成する。図６には、導光部材３となる成長基板に対し、光取り出し面とする側に互いに向かい合って隣接する２つの発光素子の間に架け渡される方向における両端で互いに傾斜する傾斜面が形成された例が示されている。

【0056】

なお、ＬＬＯ法により成長基板を半導体層２から除去し、そして透明なガラス基板からなる導光部材３を半導体層２に直接接合してもよい。その場合には、ガラス基板を半導体層２上に配置した後に、所定の形状にガラス基板を加工してもよい。また、予め所定の形状に加工したガラス基板を半導体層２上に直接接合してもよい。

【0057】

導光部材３は、また、たとえばガラス基板である透明部と、蛍光体を含む波長変換部が透明部に積層または成膜されてなるものでもよい。また、透明部および／または波長変換部がＢＰＦを介して半導体層２に接合されてもよい。

【0058】

成長基板またはガラス基板からなる導光部材３を、傾斜面を有する所定の形状に加工するために、たとえばダイシング、ダイヤモンドカット、レーザ加工等の任意適宜の機械加工法を用いることができる。また、導光部材３がサファイアなどの単結晶基板からなる場合には、異方性エッチングにより傾斜面を形成することができる。

【0059】

次に、導光部材３の少なくとも傾斜面を含む面上に光反射部材４を配置する。光反射部材４は、導光部材３の表面に形成したＤＢＲである。また、光反射部材４は、Ａｇ、Ａｌなどの光反射性または光沢性を有する金属を導光部材３の表面にスパッタリング法により成膜してもよい。さらに光反射部材４は、半導体層２側からＤＢＲおよび金属の順で積層した積層体を備えるものであってもよい。このような光反射部材４は、導光部材３の垂直面に形成するよりも、導光部材３の傾斜面へ形成するほうが容易に導光部材３の表面に形成することができる。

【0060】

次に、半導体層２の全ての側面、および、光反射部材４が配置された導光部材３を覆うようにパッケージ５の材料である絶縁部材を配置する。パッケージ５のモールド成形方法および絶縁素材は、先の実施形態の説明で述べた通りである。

【0061】

パッケージ５となる絶縁部材は、発光素子の間隙を埋めるように、また各電極１１、１２を絶縁するために、各電極１１、１２の間隙にも充填される。

【0062】

パッケージ５を成形する方法としては、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法などの一般的な成形法を採用することができる。加熱することにより樹脂を硬化させた後に、任意で、電極１１、１２に電気的に接続する外部パッド電極を形成してもよい。

【0063】

このパッケージ５の素材としては、上述した樹脂以外にも、トランスファーモールド成形を行うことができる熱可塑性樹脂を用いてもよい。

【0064】

そして、隣接する２つの発光素子の間の位置でパッケージ５となる絶縁部材および導光部材（成長基板またはガラス基板）３を切断する。これにより、光取り出し面６を含むパッケージ５の側面を形成するとともに、発光素子の周囲の絶縁部材を切断して、光取り出し面６を含む側面以外のパッケージ５の側面を形成する。これらを切断する方法は、たとえばダイシングやダイヤモンドカットが用いられる。このような製造工程を経て、小型化および高輝度化が実現された端面発光型の半導体発光装置１が提供される。

【0065】

また、本発明に係る半導体発光装置１は、図７の断面に示されるように、光取り出し面６の反対側に曲面を有する導光部材３を備えるものでもよい。また、図示はしていないが、光取り出し面６の反対側に曲面を有する導光部材３において、曲面の長手方向における両隅部に球状面が形成されてもよい。

【0066】

以上説明した実施形態の半導体発光装置によれば、半導体層２から放射される光が導光部材３を通過し光反射部材４で反射するため、導光部材３から漏れ出すことなく、効率よく光取り出し面６へと導かれる。特に、導光部材３が傾斜面７、８ａ、８ｂを有することにより、半導体層２の発光面から光反射部材４までの距離が短くなり、導光部材３の内部で光が減衰してしまうのを抑制して光取り出し面６から取り出すことができる。また、導光部材３に形成した第二および第三の傾斜面８ａ、８ｂでも光を反射されることにより、減衰による光損失を少なくするとともに、パッケージ５内部、特に導光部材３の隅部からの光漏れも減らすことができる。

【0067】

したがって、本実施形態の半導体発光装置は、発光損失を従来よりも大幅に低減することができる。また、半導体発光装置を小型化するためパッケージの高さ（つまり本体の厚み）に制約がある場合でも、発光層面積を奥行方向に大きくして発光強度を増すことができ、しかも光減衰や光漏れも低減できる。したがって、端面発光型の半導体発光装置における小型化および高輝度化を実現することができる。

【0068】

本発明は上述した具体的な実施形態に限定されるものではない。当該技術分野における当業者は、本発明が開示する技術思想の範囲内において、これらの実施形態から本質的ではない要素を適宜改変し、または他の公知な要素に置換することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ 半導体発光装置
２ 半導体層
３ 導光部材
４ 光反射部材
５ パッケージ
６ 光取り出し面
７ 第一の傾斜面
８ａ 第二の傾斜面
８ｂ 第三の傾斜面
１１ ｎ電極
１２ ｐ電極
２０ 粘着シート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】