JP2016076685A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い半導体発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、凹凸面を有する発光素子と、ガラス材と、前記ガラス材に分散された蛍光体とを有し、前記凹凸面の上に設けられた蛍光体層と、前記凹凸面と前記蛍光体層との間に設けられ、前記凹凸面および前記蛍光体層に接し、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する無機層と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。

近年、窒化物半導体を用いた発光素子と、蛍光体層との組み合わせにより白色光源を実現した半導体発光装置が広く普及している。このような半導体発光装置において、特に高出力タイプでは、発光素子だけでなく蛍光体層での発熱に対する対策の要求が高まりつつある。

特開２０１３−１９７２３６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及びその製造方法を提供する。

実施形態によれば、半導体発光装置は、凹凸面を有する発光素子と、ガラス材と、前記ガラス材に分散された蛍光体とを有し、前記凹凸面の上に設けられた蛍光体層と、前記凹凸面と前記蛍光体層との間に設けられ、前記凹凸面および前記蛍光体層に接し、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する無機層と、を備えている。

実施形態の半導体発光装置の一部の拡大模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の一部の拡大模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の半導体層の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の一部の拡大模式断面図。 実施形態の蛍光反射膜の反射率の波長依存特性図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１（ａ）は、実施形態の半導体発光装置の一部の拡大模式断面図である。

実施形態の半導体発光装置は、発光素子３と、蛍光体層３０と、発光素子３と蛍光体層３０との間に設けられた透明無機層１９とを有する。

発光素子３は、窒化物半導体を含む半導体層１５を有する。本願明細書において、「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、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶でもかまわない。またさらに、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素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。

半導体層１５は、ｎ型クラッド層を含む第１層１１と、ｐ型クラッド層を含む第２層１２と、第１層１１と第２層１２との間に設けられた発光層（活性層）１３と、を有する。ｎ型クラッド層は、例えば、ｎ型ＧａＮ層であり、所謂ｐｎ接合の順バイアス時に発光層１３に電子を供給する。また、ｐ型クラッド層は、例えば、ｐ型ＧａＮ層であり、所謂ｐｎ接合の順バイアス時に発光層１３に正孔を供給する。

発光層１３は、例えば、複数の井戸層と複数の障壁層が交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum well）構造を有する。井戸層は、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さい。障壁層は、井戸層を積層方向に挟んでおり、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい。井戸層は、例えばＩｎＧａＮを含む。障壁層は、例えばＧａＮを含み、Ｉｎを実質的に含まない。または、障壁層がＩｎを含む場合、障壁層におけるＩｎ組成比は、井戸層におけるＩｎ組成比よりも低い。発光層１３から放出される光のピーク波長の範囲は、例えば３６０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。

第１層１１は、発光層１３との界面の反対側に凹凸面（または粗面）１５ａを有する。その凹凸面１５ａ面上には、透明無機層１９が設けられている。透明無機層１９上には、蛍光体層３０が設けられている。

半導体層１５は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、サファイア基板、炭化シリコン基板、酸化ガリウムなどの単結晶基板（以下単に基板と記す）上にエピタキシャル成長される。基板上に、第１層１１、発光層１３、および第２層１２が順に形成される。ここで、半導体層１５の成長用の基板（単結晶基板）が、シリコンのような不透明基板の場合、その半導体層１５の形成（成長）に用いた基板は、半導体層１５から除去される。

基板の除去により露出した第１層１１の表面には微小凹凸が形成され、半導体層１５の光取り出し側に凹凸面１５ａが形成される。例えば、アルカリ系溶液を使ったウェットエッチングにより凹凸面１５ａが形成される。この凹凸面１５ａにより、半導体層１５の内部に戻る反射成分を低減し、半導体層１５から無機透明層１９への光取り出し効率を向上できる。

透明無機層１９は凹凸面１５ａを埋め、透明無機層１９における凹凸面１５ａの反対側の面は平坦面となっている。すなわち、透明無機層１９と蛍光体層３０との界面は、平坦に形成されている。透明無機層１９の蛍光体層３０側の面の表面粗さは、透明無機層１９の第１層１１側の面の表面粗さよりも小さい。

蛍光体層３０は、複数の粒子状の蛍光体３１を含む。蛍光体３１は、発光層１３の放射光（励起光）により励起され、その励起光の波長とは異なる波長の光を放射する。発光層１３の光と蛍光体３１の光との混合光として、白色、電球色などの光が擬似的に得られる。

複数の蛍光体３１は、ガラス材３２中に分散されている。ガラス材３２は、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミナ珪酸ガラス、石英、および合成石英の少なくともいずれかを含む。

実施形態によれば、ガラス材３２は、例えばホウケイ酸ガラスの粉末を主成分として含む焼結体であり、その焼結体中に蛍光体３１が分散されている。ガラス材３２は、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光に対して透過性を有する。

透明無機層１９は、発光層１３の放射光に対して透過性を有する。本明細書において、「透過」とは、光の透過率が１００％であることに限らず、光の一部を吸収する場合も含む。

透明無機層１９は、高分子樹脂、低分子樹脂などの所謂有機化合物を含まない無機物層であり、例えば３００℃以上の耐熱性を有する。

なお、透明無機層１９は、無機物としての炭素化合物（炭化シリコン、ダイヤモンド等）や、製造中に混入した炭素を含む無機物の場合もある。炭素化合物以外の炭素混入無機物の場合、透明無機層１９中の炭素の重量比は、１パーセント未満である。

透明無機層１９は、例えば、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、ダイヤモンドおよび酸窒化シリコン等を用いることができる。

ここで、半導体層１５を成長させる基板（単結晶基板）が窒化ガリウム、サファイア、炭化シリコン、酸化ガリウム等の透明基板の場合、基板表面に凹凸を設けて結晶成長を行い、透明基板を例えば５０μｍ以下の薄層化加工と表面平坦化を行って透明無機層１９として用いても構わない。

後述するように、蛍光体層３０と発光素子３とは透明無機層１９を介して貼り合わせられた後、ダイシング等により個片化される。そのため、蛍光体層３０は発光素子３の周囲には設けられず、蛍光体層３０の側面と透明無機層１９の側面とは連続している。

透明無機層１９として堆積膜を用いてもよい。例えば、堆積膜の堆積条件を選択することによって、凹凸面１５ａに沿った緻密な膜を容易に形成することができ、凹凸面１５ａに密着した透明無機層１９を形成することができる。

また、透明無機層１９として、３００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料を用いてもよい。この場合、半導体発光装置を実装基板に実装した際に、蛍光体層３０にかかる応力を透明無機層１９へ分散させることができ、蛍光体層３０にかかる応力を低減することが可能となる。したがって、３００ＧＰａ以上のヤング率を有する材料の透明無機層１９は、色割れなどの光学特性の劣化を抑制することが可能であるという点で好ましい。

また、透明無機層１９として、３００ＧＰａ未満のヤング率を有する材料を用いてもよい。３００ＧＰａ未満のヤング率を有する材料の透明無機層１９は、半導体層１５にかかる応力を透明無機層１９によって緩和しやすい構造となる点で好ましい。この点で、透明無機層１９のヤング率は、３００ＧＰａ未満であることに限定されず、２８０ＧＰａ以下、さらに好ましくは１００ＧＰａ以下の透明無機層１９を用いることができる。

蛍光体３１は発光にともない波長変換損失（ストークスロス）分の発熱をする。そのとき、蛍光体３１を樹脂に分散させた構造では、蛍光体３１の熱で樹脂が変質や分解してしまう懸念がある。特に高出力発光素子で、樹脂の耐熱性が問題となりうる。

これに対して実施形態によれば、蛍光体３１を、樹脂よりも耐熱性をもつガラス材３２に分散させているため、蛍光体層３０の信頼性を高くできる。蛍光体層３０は、複数の蛍光体３１を結合するバインダーとして樹脂を含まない。

ガラス材３２の屈折率（平均屈折率）は、半導体層１５の屈折率（平均屈折率）より小さく、透明無機層１９の屈折率（平均屈折率）より大きいことが望ましい。例えば、凹凸面１５ａを形成するＧａＮの屈折率は２．４〜２．７であり、ガラス材３２の屈折率は１．８以上であり、透明無機層１９の屈折率は１．５〜１．８である。

透明無機層１９の屈折率はガラス材３２の屈折率よりも小さいため、透明無機層１９の屈折率がガラス材３２の屈折率よりも大きい場合と比較して、透明無機層１９からガラス材３２へと光を取り込みやすい。この場合、発光層１３の光（例えば青色光）が、透明無機層１９中に閉じ込められて光導波することによって横方向に広がり、蛍光体３１を励起せずに外部に放出されることによる色割れを抑制でき、色度の制御性が高い。

透明無機層１９としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような導電性を有する透明材料を使うこともできる。

透明無機層１９は、第１層１１の凹凸面１５ａに接して凹凸面１５ａ上に広がって設けられている。このため、透明無機層１９が導電性を有すると、電流は透明無機層１９中も横方向に拡散して流れる。これは、第１層１１だけを通じて電流を拡散させる場合に比べて、電流を横方向に均一に拡散しやすい。この結果、面内発光強度分布を均一化しやすい。

図３（ａ）は、図１（ａ）に示す構造の製造方法を示す模式断面図である。

ガラス粉末に蛍光体３１を所定の割合で添加し、ガラス粉末と蛍光体３１を均一に混合する。その混合粉末を、所定形状の金型に充填し、例えば６００〜６５０℃に加熱して溶融させた後、冷却することで、例えばシート状の蛍光体層３０を形成する。また、シート状の蛍光体層３０は、別のガラス基板上に溶融塗布して形成することでもよい。

一方、半導体層１５や電極などを含む発光素子３は基板上にウェーハ状態で形成され、基板は除去される、または薄層化される。第１層１１の表面には、例えば、アルカリ系溶液を使ったウェットエッチングにより凹凸面１５ａが形成される。

その凹凸面１５ａ上に透明無機層１９を形成する。透明無機層１９は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、ＳＯＧ（spin on glass）法などで形成され、凹凸面１５ａを埋める。

透明無機層１９を形成した後、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、透明無機層１９の表面を平滑化する。

あるいは、透明無機層１９として低温溶融ガラスを凹凸面１５ａ上に供給した後、その溶融ガラスをリフローして表面を平滑化することもできる。

また、半導体層１５を成長させる基板（単結晶基板）が窒化ガリウム、サファイア、炭化シリコン、酸化ガリウム等の透明基板の場合、基板表面に凹凸を設けて結晶成長を行い、透明基板を例えば５０μｍｍ以下の薄層化加工と表面平坦化を行って透明無機層１９として用いても構わない。

次に、平滑化された透明無機層１９の表面に蛍光体層３０を貼り合わせる。蛍光体層３０における透明無機層１９との貼り合わせ面も平坦面となっている。これらの平坦面（貼り合せ面）は清浄化、親水化処理された後、中央部または端部から貼り合わされ、例えば１５０〜３００℃の熱処理を例えば３０分以上行うことで、より強固な接着強度を得ることが可能になる。

このように、ウェーハ状態の発光素子３に対してシート状の蛍光体層３０が貼り合わされ、その後、発光素子３および蛍光体層３０の積層体はダイシング等により、個片化される。

実施形態によれば、蛍光体層３０を発光素子３に貼り合わせるにあたって、蛍光体層３０と発光素子３との間に樹脂の接着層が介在しない。そのため、蛍光体層３０の熱で接着層が劣化することがない。

また、蛍光体層３０のガラス材３２を直接半導体層１５に貼り合わせる場合、半導体層１５の表面（接着面）の平滑化が要求されるが、その場合凹凸面による光取り出し効率の向上が図れない。

これに対して実施形態によれば、半導体層１５の凹凸面１５ａを埋めるように透明無機層１９を形成し、その透明無機層１９の表面を平滑化し、その透明無機層１９の表面に蛍光体層３０を貼り合わせる。このため、半導体層１５から蛍光体層３０側への光取り出し効率の向上を図りつつ、蛍光体層３０を発光素子３に対して確実に接着させることができる。したがって、実施形態によれば、高い光取り出し効率および高い信頼性を両立した半導体発光装置を提供できる。

蛍光体層３０と透明無機層１９との高い接着力を確保するため、透明無機層１９の表面、および蛍光体層３０の透明無機層１９に貼り合せる面の平均粗さは、それぞれ０．５ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは０．３ｎｍ以下がよい。

図１（ｂ）は、実施形態の半導体発光装置の他の具体例の模式断面図である。
図３（ｂ）は、図１（ｂ）の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図である。

図３（ｂ）に示すように、凹凸面１５ａ上に第１透明無機層１９ａを形成し、一方、蛍光体層３０の接着面側にも第２透明無機層１９ｂを形成する。第１透明無機層１９ａおよび第２透明無機層１９ｂは、前述した透明無機層１９と同じ材料であり、また同じ方法で形成することができる。

第１透明無機層１９ａの表面および第２透明無機層１９ｂの表面は、平滑化される。そして、第１透明無機層１９ａの平滑面と第２透明無機層１９ｂの平滑面どうしを貼り合わせ、図１（ｂ）に示す半導体発光装置が得られる。したがって、発光素子３の凹凸面１５ａと蛍光体層３０との間に、第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂとが一体となった透明無機層１９が設けられている。

尚、例えば１５０〜３００℃の熱処理を例えば３０分以上行うことで、より強固な接着強度を得ることが可能になる。

同じ材料の第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂとを貼り合わせるため、接合界面での応力を小さくすることができ、接着強度を高くできる。この場合も、高い接着力を確保するため、第１透明無機層１９ａの表面の平均粗さ、および第２透明無機層１９ｂの表面の平均粗さは、０．５ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは０．３ｎｍ以下がよい。

尚、第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂを異なる材料とすることも可能である。この場合、第２透明無機層１９ｂの屈折率を第１透明無機層１９ａの屈折率より高く、ガラス材３２の屈折率より低く設定することで蛍光体層３０への発光層１３の放射光（励起光）の取り込みが容易となる。

図１（ｃ）は、実施形態の半導体発光装置のさらに他の具体例の模式断面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）は、図１（ｃ）の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図である。

図４（ａ）に示すように、ガラス材３２に蛍光体３１を分散させたシート状の蛍光体層３０を形成した後、蛍光体層３０の表面に凹凸３０ａを形成する。例えば、ガラス材３２をエッチングして蛍光体層３０の表面に蛍光体３１を露出させ凹凸３０ａを形成することができる。エッチングによりガラス材３２が後退して凹部となり、蛍光体３１が凸部として露出する。

その後、図４（ｂ）に示すように、発光素子３の凹凸面１５ａ上に第１透明無機層１９ａを形成し、一方、蛍光体層３０の凹凸面３０ａに第２透明無機層１９ｂを形成する。第２透明無機層１９ｂは、蛍光体層３０の凹凸を埋める。

また、蛍光体層３０および第２透明無機層１９ｂは、別のガラス基板の表面に凹凸を形成しておき、その面に蛍光体層３０を溶融塗布し、そのガラス基板を研磨により薄層化して第２透明無機層１９ｂとすることでも同様な構成とすることができる。更に、上記のガラス基板を薄層化して第２透明無機層１９ｂとする場合、その表面に更に第１透明無機層１９ａと同じ材料の透明無機層を設けておいてもよい。

第１透明無機層１９ａの表面および第２透明無機層１９ｂの表面は、平滑化される。そして、第１透明無機層１９ａの平滑面と第２透明無機層１９ｂの平滑面どうしを貼り合わせ、図１（ｃ）に示す半導体発光装置が得られる。したがって、発光素子３の凹凸面１５ａと蛍光体層３０の凹凸面３０ａとの間に、第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂとが一体となった透明無機層１９が設けられている。

この構造においても、同じ材料の第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂとを貼り合わせる場合、接着強度を高くできる。また、第１透明無機層１９ａと第２透明無機層１９ｂを異なる材料とする場合、第２透明無機層１９ｂの屈折率を第１透明無機層１９ａの屈折率より高く、ガラス材３２の屈折率より低く設定することで蛍光体層３０への発光層１３の放射光（励起光）の取り込みが容易となる。

また、透明無機層１９と蛍光体層３０との界面（透明無機層１９の蛍光体層３０側の面）に凹凸が形成されているため、透明無機層１９から蛍光体層３０のガラス材３２への光取り込み効率を向上できる。

また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、リソグラフィーで形成したマスクを使ったエッチングにより、半導体層１５に凹凸面１５ａを形成してもよい。また、図２（ｃ）に示すように、リソグラフィーで形成したマスクを使ったエッチングにより、蛍光体層３０にも凹凸面３０ａを形成してもよい。この場合、所望の深さ、ピッチ、幅の凹凸を形成することができ、光学設計が容易になる。

実施形態において、蛍光体３１としては、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などの酸化物系蛍光体、ＺｎＳ：（Ｃｕ^＋，Ａｌ^３＋）、ＳｒＳ：Ｅｕ^２＋、ＣａＳ：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋などの硫化物系蛍光体、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋などの酸硫化物系蛍光体、Ｍ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋（ＭはＳｒ、Ｃａ、ＢａまたはＭｇ）などのハロゲン化物系蛍光体、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：（Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋）、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋などのアルミン酸塩系蛍光体などを用いることができる。

また、蛍光体３１として、例えば、化学式：Ｃａ_８−ｘＥｕ_ｘＭｇ_１−ｙＭｎ_ｙ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２（０＜ｘ≦８、０≦ｙ≦１）で表され、カルシウムマグネシウムクロロシリケートにＥｕを添加したものを用いることができる。マンガン（Ｍｎ）の比率ｙは、０≦ｙ≦０．２が望ましい。

また、蛍光体３１として、例えば、化学式（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｂａ_ｙＥｕ_ｘ）_３（Ｓｉ_１−ｚＧｅ_ｚ）_５（０＜ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．１）で表されるストロンチウムシリケート系蛍光体を用いることができる。

また、蛍光体３１として、例えば、化学式：（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ１ＡｌＳｉ_ｂ１Ｏ_ｃ１Ｎ_ｄ１で表わされるサイアロン系蛍光体を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｓｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、ＣａもしくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、例えば、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。
０＜ｘ≦１、
０．６＜ａ１＜０．９５、
２＜ｂ１＜３．９、
０．２５＜ｃ１＜０．４５、
４＜ｄ１＜５．７。

また、蛍光体３１として、例えば、化学式：（Ｍ_１−ｘ，Ｒ_ｘ）_ａ２ＡｌＳｉ_ｂ２Ｏ_ｃ２Ｎ_ｄ２で表わされるサイアロン系蛍光体を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｓｉ及びＡｌを除く少なくとも１種の金属元素であり、Ｃａ若しくはＳｒの少なくとも一方が望ましい。Ｒは発光中心元素であり、例えば、Ｅｕが望ましい。ｘ、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。
０＜ｘ≦１、
０．９３＜ａ２＜１．３、
４．０＜ｂ２＜５．８、
０．６＜ｃ２＜１、６＜ｄ２＜１１。

尚、蛍光体３１は、上記した蛍光体材料以外の蛍光体材料も含め、単一の蛍光体材料を用いるだけでなく、複数種類の蛍光体材料の混合物であっても構わないことは述べるまでもないことである。

次に、実施形態の半導体発光装置のさらに詳細な具体例について説明する。

図５は、実施形態の半導体発光装置１０１の模式断面図である。
図６（ａ）は、半導体発光装置１０１における一部要素の平面レイアウトの一例を示す模式平面図である。図５は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ’断面に対応する。
図６（ｂ）は、半導体発光装置１０１の実装面（図５の下面）の模式平面図である。

半導体発光装置１０１は、支持体１００と、蛍光体層３０と、支持体１００と蛍光体層３０との間に設けられ、半導体層１５を含む発光素子４と、を有する。

半導体層１５は、前述したように、第１層１１と、第２層１２と、第１層１１と第２層１２との間に設けられた発光層１３と、を有する。また、第１層１１は、凹凸面１５ａを有する。

半導体層１５は、発光層１３及び第２層１２を含む部分１５ｄと、発光層１３及び第２層１２を含まない部分１５ｅとを有する。部分１５ｄは、半導体層１５のうちで、発光層１３が積層されている部分である。部分１５ｅは、半導体層１５のうちで、発光層１３が積層されていない部分である。

発光層１３を含む部分１５ｄの第２層１２の表面に、ｐ側電極１６が設けられている。発光層１３を含まない部分１５ｅの第１層１１の表面に、ｎ側電極１７が設けられている。ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、凹凸面１５ａの反対側に設けられている。

図６（ａ）に示す例では、発光層１３を含まない部分１５ｅが発光層１３を含む部分１５ｄを囲んでおり、ｎ側電極１７がｐ側電極１６を囲んでいる。

発光層１３を含む部分１５ｄの面積は、発光層１３を含まない部分１５ｅの面積よりも広い。また、発光層１３を含む部分１５ｄの表面に設けられたｐ側電極１６の面積は、発光層１３を含まない部分１５ｅの表面に設けられたｎ側電極１７の面積よりも広い。これにより、広い発光面が得られ、光出力を高くできる。

図６（ａ）に示すように、ｎ側電極１７は例えば４本の直線部を有し、そのうちの１本の直線部には、その直線部の幅方向に突出したコンタクト部１７ｃが設けられている。そのコンタクト部１７ｃの表面には、図５に示すようにｎ側配線層２２のビア２２ａが接続される。

半導体層１５における凹凸面１５ａの反対側には、支持体１００が設けられている。半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を含む発光素子４は、支持体１００によって支持されている。

半導体層１５の凹凸面１５ａ側には、蛍光体層３０が設けられている。前述したように、蛍光体層３０は、ガラス材３２と、ガラス材３２中に分散された蛍光体３１とを有する。

半導体層１５の凹凸面１５ａと、蛍光体層３０との間には、透明無機層１９が設けられている。半導体層１５、透明無機層１９、および蛍光体層３０の積層部分の構造は、前述した図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構造が適用される。

半導体層１５における凹凸面１５ａの反対側（第２面側）、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、絶縁膜１８に覆われている。絶縁膜１８は、例えば、シリコン酸化膜などの無機絶縁膜である。絶縁膜１８は、発光層１３の側面及び第２層１２の側面にも設けられ、発光層１３の側面及び第２層１２の側面を覆っている。絶縁膜１８は、第１層１１における凹凸面１５ａから続く側面１５ｃにも設けられ、その側面１５ｃを覆っている。

絶縁膜１８上には、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とが互いに分離して設けられている。絶縁膜１８には、ｐ側電極１６に通じる複数の第１開口と、ｎ側電極１７のコンタクト部１７ｃに通じる第２開口が形成される。なお、第１開口は、より大きな１つの開口でも良い。

ｐ側配線層２１は、絶縁膜１８上および第１開口の内部に設けられている。ｐ側配線層２１は、第１開口内に設けられたビア２１ａを介してｐ側電極１６と電気的に接続されている。

ｎ側配線層２２は、絶縁膜１８上および第２開口の内部に設けられている。ｎ側配線層２２は、第２開口内に設けられたビア２２ａを介してｎ側電極１７のコンタクト部１７ｃと電気的に接続されている。

ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２が、半導体層１５の第２面側の領域の大部分を占めて絶縁膜１８上に広がっている。ｐ側配線層２１は、複数のビア２１ａを介してｐ側電極１６と接続している。

また、半導体層１５の側面１５ｃを、絶縁膜１８を介して反射膜５１が覆っている。反射膜５１は側面１５ｃに接しておらず、半導体層１５に対して電気的に接続されていない。反射膜５１は、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２に対して分離している。反射膜５１は、発光層１３の放射光及び蛍光体３１の放射光に対して反射性を有する金属膜である。

反射膜５１、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、共通の金属膜上に例えばめっき法により同時に形成される。反射膜５１、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、例えば銅膜を含む。その銅膜は、絶縁膜１８上に形成された金属膜上にめっき法で形成される。

ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の下地となる金属膜は、例えばアルミニウム膜を含む。発光層１３の発光光に対して高い反射率を有するアルミニウム膜が、半導体層１５の第２面側の大部分の領域に広がって形成されている。これにより、蛍光体層３０側に向かう光の量を増大できる。

ｐ側配線層２１における半導体層１５とは反対側の面にはｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｐ側配線部４１は、ｐ側配線層２１及びｐ側金属ピラー２３を含む。

ｎ側配線層２２における半導体層１５とは反対側の面にはｎ側金属ピラー２４が設けられている。ｎ側配線部４３は、ｎ側配線層２２及びｎ側金属ピラー２４を含む。

ｐ側配線部４１とｎ側配線部４３との間には、絶縁層として樹脂層２５が設けられている。樹脂層２５は、ｐ側配線部４１の側面およびｎ側配線部４３の側面に設けられている。

樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面に接するように、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に設けられている。ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に、樹脂層２５が充填されている。

樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間、ｐ側配線層２１と反射膜５１との間、およびｎ側配線層２２と反射膜５１との間に設けられている。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の周囲およびｎ側金属ピラー２４の周囲に設けられ、ｐ側金属ピラー２３の側面およびｎ側金属ピラー２４の側面を覆っている。

また、樹脂層２５は、半導体層１５の側面１５ｃに隣接する領域（チップ外周部）にも設けられ、反射膜５１を覆っている。

ｐ側金属ピラー２３におけるｐ側配線層２１とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｐ側外部端子２３ａとして機能する。ｎ側金属ピラー２４におけるｎ側配線層２２とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｎ側外部端子２４ａとして機能する。ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａは、例えば、はんだ、または導電性の接合材を介して、実装基板のパッドに接合される。

図６（ｂ）に示すように、ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａは、樹脂層２５の同じ面内で離間して並んで形成されている。ｐ側外部端子２３ａは例えば矩形状に形成され、ｎ側外部端子２４ａは、ｐ側外部端子２３ａの矩形と同じサイズの矩形における２つの角を切り欠いた形状に形成されている。これにより、外部端子の極性を判別できる。あるいは、ｎ側外部端子２４ａを矩形状にし、ｐ側外部端子２３ａを矩形の角を切り欠いた形状にしてもよい。

ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間隔は、絶縁膜１８上におけるｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間隔よりも広い。ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間隔は、実装時のはんだの広がりよりも大きくする。これにより、はんだを通じた、ｐ側外部端子２３ａとｎ側外部端子２４ａとの間の短絡を防ぐことができる。

これに対し、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間隔は、プロセス上の限界まで狭くすることができる。このため、ｐ側配線層２１の面積、およびｐ側配線層２１とｐ側金属ピラー２３との接触面積の拡大を図れる。これにより、発光層１３の熱の放散を促進できる。

また、複数のビア２１ａを通じてｐ側配線層２１がｐ側電極１６と接する面積は、ビア２２ａを通じてｎ側配線層２２がｎ側電極１７と接する面積よりも広い。これにより、発光層１３に流れる電流の分布を均一化できる。

絶縁膜１８上で広がるｎ側配線層２２の面積は、ｎ側電極１７の面積よりも広くできる。そして、ｎ側配線層２２の上に設けられるｎ側金属ピラー２４の面積（ｎ側外部端子２４ａの面積）をｎ側電極１７よりも広くできる。これにより、信頼性の高い実装に十分なｎ側外部端子２４ａの面積を確保しつつ、ｎ側電極１７の面積を小さくすることが可能となる。すなわち、半導体層１５における発光層１３を含まない部分１５ｅの面積を縮小し、発光層１３を含む部分１５ｄの面積を広げて光出力を向上させることが可能となる。

第１層１１は、ｎ側電極１７及びｎ側配線層２２を介してｎ側金属ピラー２４と電気的に接続されている。第２層１２は、ｐ側電極１６及びｐ側配線層２１を介してｐ側金属ピラー２３と電気的に接続されている。

ｐ側金属ピラー２３の厚さ（ｐ側配線層２１とｐ側外部端子２３ａとを結ぶ方向の厚さ）は、ｐ側配線層２１の厚さよりも厚い。ｎ側金属ピラー２４の厚さ（ｎ側配線層２２とｎ側外部端子２４ａとを結ぶ方向の厚さ）は、ｎ側配線層２２の厚さよりも厚い。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５のそれぞれの厚さは、半導体層１５よりも厚い。

金属ピラー２３、２４のアスペクト比（平面サイズに対する厚みの比）は、１以上であっても良いし、１より小さくても良い。すなわち、金属ピラー２３、２４は、その平面サイズより厚くても良いし、薄くても良い。

ｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５を含む支持体１００の厚さは、半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を含む発光素子（ＬＥＤチップ）４の厚さよりも厚い。

半導体層１５は、基板上にエピタキシャル成長法により形成される。図５に示す例では、基板は支持体１００を形成した後に除去され、半導体層１５は凹凸面１５ａ側に基板を含まない。半導体層１５は、剛直な板状の基板にではなく、金属ピラー２３、２４と樹脂層２５との複合体からなる支持体１００によって支持されている。

ｐ側配線部４１及びｎ側配線部４３の材料として、例えば、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性および絶縁材料に対する密着性を向上させることができる。

樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３およびｎ側金属ピラー２４を補強する。樹脂層２５は、実装基板と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層２５として、例えば、エポキシ樹脂を主に含む樹脂、シリコーン樹脂を主に含む樹脂、フッ素樹脂を主に含む樹脂を挙げることができる。

また、樹脂層２５におけるベースとなる樹脂に光吸収剤、光反射剤、光散乱剤などが含まれ、樹脂層２５は発光層１３の光に対して遮光性または反射性を有することができる。これにより、支持体１００の側面及び実装面側からの光漏れを抑制することができる。

半導体発光装置の実装時の熱サイクルにより、ｐ側外部端子２３ａおよびｎ側外部端子２４ａを実装基板のパッドに接合させるはんだ等に起因する応力が半導体層１５に加わる。ｐ側金属ピラー２３、ｎ側金属ピラー２４および樹脂層２５は、その応力を吸収し緩和する。特に、半導体層１５よりも柔軟な樹脂層２５を支持体１００の一部として用いることで、応力緩和効果を高めることができる。

反射膜５１は、ｐ側配線部４１及びｎ側配線部４３に対して分離している。このため、実装時にｐ側金属ピラー２３及びｎ側金属ピラー２４に加わる応力は、反射膜５１には伝達されない。したがって、反射膜５１の剥離を抑制することができる。また、半導体層１５の側面１５ｃ側に加わる応力を抑制することができる。

基板を除去し、凹凸面１５ａを形成した後、凹凸面１５ａ上に透明無機層１９が形成される。透明無機層１９は、チップ外周部の絶縁膜１８上にも形成される。透明無機層１９の表面は平滑化され、その透明無機層１９の平滑面に対して蛍光体層３０が貼り合わされる。

蛍光体層３０は、半導体層１５の第２面側、金属ピラー２３、２４の周囲、および支持体１００の側面にまわりこんで形成されていない。蛍光体層３０の側面と、支持体１００の側面（樹脂層２５の側面）とが揃っている。

すなわち、図５に示す半導体発光装置１０１は、チップサイズパッケージ構造の非常に小型の半導体発光装置である。

光を外部に取り出さない実装面側には蛍光体層３０が無駄に形成されず、コスト低減が図れる。第２面側に広がるｐ側配線層２１、ｎ側配線層２２、および厚い金属ピラー２３、２４を介して、発光層１３の熱を実装基板側に放散させることができ、小型でありながらも放熱性に優れている。

一般的なフリップチップ実装では、ＬＥＤチップを実装基板にバンプなどを介して実装した後に、チップ全体を覆うように蛍光体層が形成される。あるいは、バンプ間に樹脂がアンダーフィルされる。

これに対して実施形態によれば、実装前の状態で、ｐ側金属ピラー２３の周囲及びｎ側金属ピラー２４の周囲には、蛍光体層３０と異なる樹脂層２５が設けられ、実装面側に応力緩和に適した特性を与えることができる。また、実装面側にすでに樹脂層２５が設けられているため、実装後のアンダーフィルが不要となる。

凹凸面（第１面）１５ａ側には、光取り出し効率、色変換効率、配光特性などを優先した設計の蛍光体層３０が設けられ、実装面側には、実装時の応力緩和や、基板に代わる支持体としての特性を優先した層が設けられる。例えば、樹脂層２５には、シリカ粒子などのフィラーを高密度充填し、支持体として適切な硬さに調整することができる。

発光層１３から凹凸面１５ａ側に放射された光は透明無機層１９を介して蛍光体層３０に入射し、一部の光は蛍光体３１を励起し、発光層１３の光と、蛍光体３１の光との混合光として例えば白色光が擬似的に得られる。

ここで、凹凸面１５ａ上に基板があると、蛍光体層３０に入射せずに、基板の側面から外部に漏れる光が生じる。すなわち、基板の側面から発光層１３の光の色みの強い光が漏れ、蛍光体層３０を上面から見た場合に、外縁側に青色光のリングが見える現象など、色割れや色ムラの原因になり得る。

これに対して、実施形態によれば、凹凸面１５ａと蛍光体層３０との間には基板がないため、基板側面から発光層１３の光の色みが強い光が漏れることによる色割れや色ムラを防ぐことができる。

また、第１層１１の側面１５ｃに、絶縁膜１８を介して反射膜５１が設けられている。発光層１３から第１層１１の側面１５ｃに向かった光は、反射膜５１で反射し、外部に漏れない。このため、基板が凹凸面１５ａ側にない特徴とあいまって、半導体発光装置の側面側からの光漏れによる色割れや色ムラを防ぐことができる。

反射膜５１と、第１層１１の側面１５ｃとの間に設けられた絶縁膜１８は、反射膜５１に含まれる金属の第１層１１への拡散を防止する。これにより、第１層１１に含まれる例えばＧａＮの金属汚染を防ぐことができ、第１層１１の劣化を防ぐことができる。

次に、図７〜９を参照して、実施形態の半導体発光装置のさらに他の具体例について説明する。

図７は、実施形態の半導体発光装置１０２の模式断面図である。
図８は、実施形態の半導体発光装置１０２の実装面側の模式平面図であり、図７の下面図に対応する。

半導体発光装置１０２は、ウェーハレベルで形成されるチップサイズの発光素子（ＬＥＤチップ）５と、発光素子５の周囲に設けられた絶縁部材１２７と、実装面側に設けられた金属層１７１、１７２とを有する。

発光素子５は、電極７、８と、第１配線層（オンチップ配線層）１１６、１１７と、光学層３０、１３３と、第１配線層１１６、１１７と光学層３０、１３３との間に設けられた半導体層１５とを有する。

図９は、半導体層１５の拡大模式断面図である。

半導体層１５は、前述したように、第１層１１と、第２層１２と、第１層１１と第２層１２との間に設けられた発光層１３と、を有する。

半導体層１５は、第２層１２および発光層１３の積層膜を有する領域１５ｄと、発光層１３および第２層１２で覆われていない第１層１１の第２面１１ａを有する領域１５ｅとを有する。

例えば、領域１５ｅは発光領域１５ｄに囲まれた島状に形成され、また、領域１５ｅは発光領域１５ｄの外周側に、発光領域１５ｄを連続して囲むように形成されている。発光領域１５ｄの面積は、領域１５ｅの面積よりも広い。

第１層１１において第２面１１ａの反対側には、発光層１３および第２層１２で覆われていない凹凸面（第１面）１５ａが形成されている。また、半導体層１５は、凹凸面１５ａに続く側面１５ｃを有する。

第１層１１の第２面１１ａに、図７に示すｎ側電極８が設けられ、第２層１２の表面に、図７に示すｐ側電極７が設けられている。ｐ側電極７およびｎ側電極８は、半導体層１５に重なる領域（チップ領域）の範囲内に形成されている。

ｐ側電極７の面積はｎ側電極８の面積よりも広い。ｐ側電極７と第２層１２との接触面積は、ｎ側電極７と第１層１１との接触面積よりも広い。

半導体層１５の凹凸面１５ａ以外の面には絶縁膜１１４が設けられている。絶縁膜１１４は、無機膜であり、例えばシリコン酸化膜である。

絶縁膜１１４には、ｐ側電極７に通じるｐ側開口と、ｎ側電極８に通じるｎ側開口が形成されている。例えば２つのｎ側開口が互いに離れて形成されている。それら２つのｎ側開口の間のｐ側電極７の表面は、絶縁膜１１４で覆われている。

第１層１１の側面１５ｃ、第２層１２の側面、および発光層１３の側面は、絶縁膜１１４で覆われている。

半導体層１５の凹凸面１５ａの反対側には、第１ｐ側配線層１１６と、第１ｎ側配線層１１７が設けられている。

第１ｐ側配線層１１６は、半導体層１５に重なる領域（チップ領域）の範囲内に形成されている。第１ｐ側配線層１１６は、ｐ側開口内にも設けられ、ｐ側電極７に接している。第１ｐ側配線層１１６は、ｐ側開口内に一体に形成されたコンタクト部１１６ａを介してｐ側電極７と接続されている。第１ｐ側配線層１１６は、第１層１１に接していない。

第１ｎ側配線層１１７は、半導体層１５に重なる領域（チップ領域）の範囲内に形成されている。第１ｎ側配線層１１７は、ｎ側開口内にも設けられ、ｎ側電極８に接している。第１ｎ側配線層１１７は、ｎ側開口内に一体に形成されたコンタクト部１１７ａを介してｎ側電極８と接続されている。

第１ｎ側配線層１１７は、例えば、２つの島状のｎ側電極８を結ぶ方向に延びるラインパターン状に形成されている。第１ｎ側配線層１１７の２つのｎ側電極８の間の部分とｐ側電極７との間、および第１ｎ側配線層１１７の２つのｎ側電極８の間の部分と第２層１２との間には、絶縁膜１１４が設けられ、第１ｎ側配線層１１７はｐ側電極７および第２層１２に接していない。

ｐ側電極７は、第２層１２と第１ｐ側配線層１１６との間に設けられている。例えば、ｐ側電極７は、発光層１３および蛍光体３１が発する光に対して高い反射率をもつ銀（Ａｇ）膜を含む。

ｎ側電極８は、第１層１１と、第１ｎ側配線層１１７のコンタクト部１１７ａとの間に設けられている。例えば、ｎ側電極８は、発光層１３および蛍光体３１が発する光に対して高い反射率をもつアルミニウム（Ａｌ）膜を含む。

第１ｐ側配線層１１６および第１ｎ側配線層１１７の表面に、絶縁膜１１８が設けられている。絶縁膜１１８は、第１ｐ側配線層１１６と第１ｎ側配線層１１７との間にも設けられている。絶縁膜１１８は、例えば、無機膜であり、シリコン酸化膜等である。

絶縁膜１１８には、第１ｐ側配線層１１６の一部（ｐ側パッド１１６ｂ）を露出させるｐ側開口と、第１ｎ側配線層１１７の一部（ｎ側パッド１１７ｂ）を露出させるｎ側開口が形成されている。

ｐ側パッド１１６ｂの面積は、ｎ側パッド１１７ｂの面積よりも大きい。ｎ側パッド１１７ｂの面積は、第１ｎ側配線層１１７とｎ側電極８とのコンタクト面積よりも広い。

半導体層１５の凹凸面１５ａ上には、蛍光体層３０が設けられ、さらに、その蛍光体層３０の上に透明層（第１透明層）１３３が設けられている。蛍光体層３０は、前述したように、ガラス材３２と、そのガラス材３２中に分散された蛍光体３１とを有する。

凹凸面１５ａと蛍光体層３０との間には、透明無機層１９が設けられている。図７の半導体発光装置１０２においても、半導体層１５、透明無機層１９、および蛍光体層３０の積層部分の構造は、前述した図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構造が適用される。

透明無機層１９および蛍光体層３０は、チップ外領域の絶縁膜１１４上にも設けられている。

蛍光体層３０上の透明層１３３は、蛍光体粒子を含まない透明ガラスまたは透明樹脂を用いる。あるいは、透明層１３３を光散乱層として機能させる場合、透明層１３３は、発光層１３の放射光を散乱させる複数の粒子状の散乱材（例えばシリコン酸化物、チタン化合物、酸化亜鉛など）と、発光層１３の放射光を透過させる結合材（例えば透明樹脂または透明ガラス）とを含む。

半導体層１５の側面よりも外側のチップ外領域には、絶縁部材１２７が設けられている。絶縁部材１２７は、半導体層１５よりも厚い。絶縁部材１２７は、絶縁膜１１４を介して半導体層１５の側面を覆っている。

また、絶縁部材１２７は、光学層（蛍光体層３０および透明層３３）の側面の外側にも設けられ、光学層の側面を覆っている。

絶縁部材１２７は、半導体層１５、電極７、８、第１配線層（オンチップ配線層）１１６、１１７、および蛍光体層３０を含む発光素子５の周囲に設けられ、発光素子５を支持している。

絶縁部材１２７の上面１２７ａと透明層１３３の上面は平坦面を形成している。絶縁部材１２７の裏面には、絶縁膜１２６が設けられている。

第１ｐ側配線層１１６の第１ｐ側パッド１１６ｂ上には、第２ｐ側配線層１２１が設けられている。第２ｐ側配線層１２１は、第１ｐ側配線層１１６の第１ｐ側パッド１１６ｂに接するとともに、チップ外領域に延びている。第２ｐ側配線層１２１のチップ外領域に延出した部分は、絶縁膜１２６を介して絶縁部材１２７に支持されている。

また、第２ｐ側配線層１２１の一部は、絶縁膜１１８を介して、第１ｎ側配線層１１７に重なる領域にも延びている。

第１ｎ側配線層１１７の第１ｎ側パッド１１７ｂ上には、第２ｎ側配線層１２２が設けられている。第２ｎ側配線層１２２は、第１ｎ側配線層１１７の第１ｎ側パッド１１７ｂに接するとともに、チップ外領域に延びている。第２ｎ側配線層１２２のチップ外領域に延出した部分は、絶縁膜１２６を介して絶縁部材１２７に支持されている。

第２ｐ側配線層１２１と第２ｎ側配線層１２２の表面には、絶縁膜１１９が設けられている。絶縁膜１１９は、例えば、無機膜であり、シリコン酸化膜等である。

絶縁膜１１９には、第２ｐ側配線層１２１の第２ｐ側パッド１２１ａを露出させるｐ側開口と、第２ｎ側配線層１２２の第２ｎ側パッド１２２ａを露出させるｎ側開口が形成される。

第２ｐ側配線層１２１の第２ｐ側パッド１２１ａ上には、ｐ側外部接続電極１２３が設けられている。ｐ側外部接続電極１２３は、第２ｐ側配線層１２１の第２ｐ側パッド１２１ａに接して、第２ｐ側配線層１２１上に設けられている。

また、ｐ側外部接続電極１２３の一部は、絶縁膜１１８、１１９を介して、第１ｎ側配線層１１７に重なる領域、および絶縁膜１１９を介して第２ｎ側配線層１２２に重なる領域にも設けられている。

ｐ側外部接続電極１２３は、半導体層１５に重なるチップ領域、およびチップ外領域に広がっている。ｐ側外部接続電極１２３は、第１ｐ側配線層１１６よりも厚く、第２ｐ側配線層１２１よりも厚い。

第２ｎ側配線層１２２の第２ｎ側パッド１２２ａ上には、ｎ側外部接続電極１２４が設けられている。ｎ側外部接続電極１２４は、チップ外領域に配置され、第２ｎ側配線層１２２の第２ｎ側パッド１２２ａに接している。

ｎ側外部接続電極１２４は、第１ｎ側配線層１１７よりも厚く、第２ｎ側配線層１２２よりも厚い。

ｐ側外部接続電極１２３とｎ側外部接続電極１２４との間には、樹脂層（絶縁層）１２５が設けられている。樹脂層１２５は、ｐ側外部接続電極１２３の側面とｎ側外部接続電極１２４の側面に接して、ｐ側外部接続電極１２３とｎ側外部接続電極１２４との間に充填されている。

また、樹脂層１２５は、ｐ側外部接続電極１２３の周囲およびｎ側外部接続電極１２４の周囲に設けられ、ｐ側外部接続電極１２３の側面およびｎ側外部接続電極１２４の側面を覆っている。

樹脂層１２５は、ｐ側外部接続電極１２３およびｎ側外部接続電極１２４の機械的強度を高める。また、樹脂層１２５は、実装時にはんだのぬれ広がりを防ぐソルダレジストとして機能する。

ｐ側外部接続電極１２３の下面は、樹脂層１２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｐ側実装面（ｐ側外部端子）１２３ａとして機能する。ｎ側外部接続電極１２４の下面は、樹脂層１２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｎ側実装面（ｎ側外部端子）１２４ａとして機能する。ｐ側実装面１２３ａおよびｎ側実装面１２４ａは、例えば、はんだ、または導電性の接合材を介して、実装基板のランドパターンに接合される。

ｐ側実装面１２３ａおよびｎ側実装面１２４ａを、樹脂層１２５の表面よりも突出させることが望ましい。これにより、実装時の接続部半田形状が安定化し、実装の信頼性を向上させることができる。

図８は、ｐ側実装面１２３ａとｎ側実装面１２４ａの平面レイアウトの一例を表す。

ｐ側実装面１２３ａとｎ側実装面１２４ａは、半導体層１５の平面領域を２等分する中心線ｃに対して非対称に配置され、ｐ側実装面１２３ａは１ｎ側実装面２４ａよりも広い。

ｐ側実装面１２３ａとｎ側実装面１２４ａとの間隔は、実装時にｐ側実装面１２３ａとｎ側実装面１２４ａとの間をはんだがブリッジしない間隔に設定される。

半導体層１５におけるｎ側の電極コンタクト面（第１層１１の第２面１１ａ）は、第１ｎ側配線層１１７と第２ｎ側配線層１２２によって、チップ外領域も含むより広い領域に再配置されている。これにより、信頼性の高い実装に十分なｎ側実装面１２４ａの面積を確保しつつ、半導体層１５におけるｎ側電極面の面積を小さくすることが可能となる。したがって、半導体層１５における発光層１３を含まない領域１５ｅの面積を縮小し、発光層１３を含む領域１５ｄの面積を広げて光出力を向上させることが可能となる。

実装面側にｐ側金属層１７１とｎ側金属層１７２が設けられている。ｐ側金属層１７１は、第１ｐ側配線層１１６、第２ｐ側配線層１２１およびｐ側外部接続電極１２３を含む。ｎ側金属層１７２は、第１ｎ側配線層１１７、第２ｎ側配線層１２２およびｎ側外部接続電極１２４を含む。

半導体層１５は、金属層１７１、１７２と、樹脂層１２５との複合体からなる支持体の上に支持されている。また、半導体層１５は、半導体層１５よりも厚い例えば樹脂層である絶縁部材１２７によって側面側から支えられている。

金属層１７１、１７２の材料として、例えば、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性および絶縁材料に対する密着性を向上させることができる。

半導体発光装置の実装時の熱サイクルにより、ｐ側実装面１２３ａおよびｎ側実装面１２４ａを実装基板のランドに接合させるはんだ等に起因する応力が半導体層１５に加わる。ｐ側外部接続電極１２３、ｎ側外部接続電極１２４および樹脂層１２５を適切な厚さ（高さ）に形成することで、ｐ側外部接続電極１２３、ｎ側外部接続電極１２４および樹脂層１２５が上記応力を吸収し緩和することができる。特に、半導体層１５よりも柔軟な樹脂層１２５を実装面側に支持体の一部として用いることで、応力緩和効果を高めることができる。

金属層１７１、１７２は例えば高い熱伝導率を持つ銅を主成分として含み、発光層１３に重なる領域に高熱伝導体が広い面積で広がっている。発光層１３で発生した熱は、金属層１７１、１７２を通じて、チップ下方に形成される短いパスで実装基板へと放熱される。

特に、半導体層１５の発光領域１５ｄと接続されたｐ側金属層１７１のｐ側実装面１２３ａは、図８に示す平面視で半導体層１５の平面領域のほとんどに重なっているため、ｐ側金属層１７１を通じて実装基板に高効率で放熱させることができる。

また、ｐ側実装面１２３ａはチップ外領域にも拡張している。したがって、ｐ側実装面１２３ａに接合されるはんだの平面サイズも大きくでき、はんだを介した実装基板への放熱性を向上できる。

また、第２ｎ側配線層１２２はチップ外領域に延びている。このため、チップに重なる領域の大部分を占めてレイアウトされたｐ側実装面１２３ａの制約を受けずに、チップ外領域にｎ側実装面１２４ａを配置することができる。ｎ側実装面１２４ａをチップ外領域に配置することで、ｎ側実装面１２４ａをチップ領域範囲内でのみレイアウトするよりも面積を広くできる。

したがって、ｎ側についても、ｎ側実装面１２４ａに接合されるはんだの平面サイズを大きくでき、はんだを介した実装基板への放熱性を向上できる。

発光層１３から凹凸面１５ａ側に放射された光は、透明無機層１９を介して蛍光体層３０に入射し、一部の光は蛍光体３１を励起し、発光層１３の光と、蛍光体３１の光との混合光として例えば白色光が得られる。

発光層１３から実装面側に放射された光は、ｐ側電極７及びｎ側電極８によって反射され、上方の蛍光体層３０側に向かう。

蛍光体層３０上には透明層（第１透明層）１３３が設けられ、その透明層１３３上およびチップ外領域の絶縁部材１２７上には、透明層（第２透明層）１３４が設けられている。

透明層１３４は、透明ガラスもしくは透明樹脂とし、透明ガラスの場合は透明樹脂からなる接着層が挿入されていても構わない。また、発光層１３の放射光を散乱させる複数の粒子状の散乱材（例えばシリコン酸化物、チタン化合物、酸化亜鉛など）と、発光層１３の放射光を透過させる結合材（例えば透明樹脂または透明ガラス）とを含むことでも構わない。

後者の場合、透明層１３４は光散乱層として機能する。その光散乱層である透明層１３４の平面サイズは、蛍光体層３０の平面サイズ、および透明層１３３の平面サイズよりも大きい。すなわち、透明層１３４の平面サイズは、発光素子５の平面サイズよりも大きい。したがって、半導体発光装置１０２から外部へと発せられる光の範囲を広げることができ、広角の配光特性が可能である。

絶縁部材１２７の少なくとも半導体層１５の側面に近接する部分の表面は、発光層１３の放射光に対して反射性を有する。また、絶縁部材１２７の蛍光体層３０の側面に近接する部分および透明層１３３の側面に近接する部分は、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光に対して反射性を有する。さらに、絶縁部材１２７の透明層１３４との境界付近が発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光に対して反射性を有する。

例えば、絶縁部材１２７は、発光層１３の放射光および蛍光体３１の放射光に対する反射率が５０％以上となる樹脂層である。

したがって、発光素子５の側面からの放射光、および透明層１３４で散乱されて絶縁部材１２７側に向かう光を、絶縁部材１２７で反射させることができる。このため、絶縁部材１２７での光の吸収損失を防いで、透明層１３４を通じた外部への光取り出し効率を高めることができる。

半導体層１５の凹凸面１５ａ上に透明無機層１９が形成され、その透明無機層１９の表面は平滑化される。その透明無機層１９の平滑面に、蛍光体層３０が貼り合わされる。蛍光体層３０の平面サイズは、半導体層１５の平面サイズとほぼ同じ、または半導体層１５の平面サイズよりもわずかに大きい。

蛍光体層３０は、半導体層１５の側面、および実装面側にまわりこんで形成されていない。すなわち、光を外部に取り出さないチップ側面側および実装面側には蛍光体層３０が無駄に形成されず、コスト低減が図れる。

また、ｐ側外部接続電極１２３の周囲およびｎ側外部接続電極１２４の周囲には、蛍光体層３０と異なる樹脂層１２５が設けられ、実装面側に応力緩和に適した特性を与えることができる。また、実装面側にすでに樹脂層１２５が設けられているため、半導体発光装置１０２を実装基板に実装した後のアンダーフィルが不要となる。

半導体層１５の凹凸面１５ａ側には、光取り出し効率、色変換効率、配光特性などを優先した設計の蛍光体層３０が設けられ、実装面側には、実装時の応力緩和や、基板に代わる支持体としての特性を優先した層が設けられる。例えば、樹脂層１２５は、ベースとなる樹脂にシリカ粒子などのフィラーが高密度充填された構造を有し、支持体として適切な硬さに調整されている。

図７に示す半導体発光装置１０２によれば、半導体層１５、電極７、８、オンチップ配線層１１６、１１７、および蛍光体層３０はウェーハレベルで一括形成して低コストのチップサイズ発光素子５を実現するとともに、外部端子（実装面）１２３ａ、１２４ａをチップ外領域に拡張させて、放熱性を高くすることができる。したがって、安価で高信頼性の半導体発光装置１０２を提供することができる。

図１０は、他の実施形態の半導体発光装置１０３の模式断面図である。

半導体発光装置１０３は、支持基板１０と、蛍光体層３０と、支持基板１０と蛍光体層３０との間に設けられた半導体層１５と、を有する。

半導体層１５は、前述したように、第１層１１と、第２層１２と、第１層１１と第２層１２との間に設けられた発光層１３と、を有する。また、第１層１１は、凹凸面１５ａを有する。

半導体層１５における凹凸面１５ａの反対側には、金属層（ボンディングメタル）６３を介して支持基板１０が設けられている。支持基板１０における金属層６３が設けられた面の反対側の面には、金属層（バックメタル）６４が設けられている。

半導体層１５の凹凸面１５ａ側には、蛍光体層３０が設けられている。前述したように、蛍光体層３０は、ガラス材３２と、ガラス材３２中に分散された蛍光体３１とを有する。

半導体層１５の凹凸面１５ａと、蛍光体層３０との間には、透明無機層１９が設けられている。半導体層１５、透明無機層１９、および蛍光体層３０の積層部分の構造は、前述した図１（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構造が適用される。

半導体層１５と金属層６３との間にはｐ側電極６１が設けられている。ｐ側電極６１は第２層１２に接している。ｐ側電極６１の一部は半導体層１５の側面よりも外側に延出し、その延出部の上にｐ側パッド６２が設けられている。第２層１２は、ｐ側電極６１を介してｐ側パッド６２と電気的に接続されている。

ｐ側電極６１と金属層６３との間には絶縁膜６５が設けられ、ｐ側電極６１と金属層６３との間は絶縁されている。

金属層６３上には、複数のｎ側電極６３ａが金属層６３と一体に設けられている。ｎ側電極６３ａは、ｐ側電極６１、第２層１２および発光層１３を貫通して第１層１１に達し、第１層１１と電気的に接続されている。ｎ側電極６３ａと発光層１３との間、ｎ側電極６３ａと第２層１２との間、およびｎ側電極６３ａとｐ側電極６１との間には、絶縁膜６５が設けられている。

半導体層１５は前述した単結晶基板上に成長される。ｐ側電極６１、ｎ側電極６３ａなどを形成した後、金属層６３を介して半導体層１５は支持基板１０に貼り合わされる。支持基板１０は導電性を有し、例えばシリコン基板である。したがって、ｎ側電極６３ａ、金属層６３および支持基板１０を介して、第１層１１は金属層（裏面電極）６４と電気的に接続されている。

半導体層１５を支持基板１０に貼り合わせた後、単結晶基板が除去され、第１層１１の表面が露出する。その第１層１１の表面に凹凸面１５ａが形成された後、透明無機層１９が形成され、透明無機層１９を介して蛍光体層３０が半導体層１５に貼り合わされる。

図１１（ａ）および（ｂ）は、さらに他の実施形態の半導体発光装置の一部の拡大模式断面図である。図１１（ａ）は上記図１（ａ）の断面に対応し、図１１（ｂ）は上記図２（ａ）の断面に対応する。

図１１（ａ）および（ｂ）に示す実施形態によれば、無機層１９と蛍光体層３０との間に、無機材料の蛍光反射膜２０が設けられている。
もしくは、図１１（ｃ）に示すように、蛍光反射膜２０は第１無機層１９ａと第２無機層１９ｂとの間に設けられている。例えば、第１無機層１９ａおよび第２無機層１９ｂは同じ材料である。すなわち、蛍光反射膜２０は無機層中に設けられている。なお、第１無機層１９ａおよび第２無機層１９ｂは異なる材料でもよい。

蛍光反射膜２０は、発光素子３の発光波長に対する反射率よりも、蛍光体３１の蛍光波長に対して高い反射率を有し、蛍光体出力光の発光素子３側に向かう成分を反射する。蛍光反射膜２０は、発光素子３の励起光に対しては相対的に低反射で、蛍光体３１の出力光に対して相対的に高反射となるように機能する。

このような蛍光反射膜２０は、発光素子３の励起光の取り込み効率を大きく低減させることなく、発光素子３側に戻される蛍光体出力光の吸収や散乱による損失割合を低減する。これは、外部から見た場合の発光効率を高くする。

ここで、無機層１９の屈折率をｎ１、無機層１９の厚さをｈ１、蛍光反射膜２０の屈折率をｎ２、蛍光反射膜２０の厚さをｈ２、蛍光体層３０の等価屈折率をｎ３、蛍光体層３０の厚さをｈ３とする。
蛍光反射膜２０が第１無機層１９ａと第２無機層１９ｂとの間に設けられている場合、蛍光反射膜２０と蛍光体層３０との間の第２無機層１９ｂの屈折率と厚さを、それぞれ、ｎ３、ｈ３とする。
無機層１９の厚さｈ１と、蛍光体層３０（もしくは第２無機層１９ｂ）の厚さｈ３が、励起光波長（発光素子３の発光波長）λ０より十分大きくなるように設定される。

例えば、ｎ２＜（ｎ１ｎ３）^１／２のときは、ｎ２ｈ２＝λ０（１＋２ｍ）／４（ｍ＝０，１，２，３...）となるように設定する。
ｎ２＞（ｎ１ｎ３）^１／２のときは、ｎ２ｈ２＝λ０（１＋ｍ）／２（ｍ＝０，１，２，３...）となるように設定する。

例えば、ｎ２＜（ｎ１ｎ３）^１／２のときは、ｎ２ｈ２＝λ０／４、λ０（３／４）、λ０（５／４）...、となるように蛍光反射膜２０の厚さｈ２を設定する。
ｎ２＞（ｎ１ｎ３）^１／２のときは、ｎ２ｈ２＝λ０／２、λ０、λ０（３／２）...、となるように蛍光反射膜２０の厚さｈ２を設定する。

図１２（ａ）および（ｂ）に、蛍光反射膜２０の反射率の波長依存特性例を示す。

図１２（ａ）は以下の構成の特性を示す。
蛍光体層３０は、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉ_３Ｎ_４の混合物ベースのガラス材３２と、そのガラス材３２に分散された蛍光体３１とを有し、蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３は約１．９である。蛍光反射膜２０は、屈折率ｎ２が約２．７で、厚さｈ２が８５ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜である。無機層１９は、屈折率ｎ１が約１．５のＳｉＯ_２層である。

図１２（ｂ）は以下の構成の特性を示す。
蛍光体層３０は、ＳｉＯ_２ベースのガラス材３２と、そのガラス材３２に分散された蛍光体３１とを有し、蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３は約１．５である。蛍光反射膜２０は、屈折率ｎ２が約２．０で、厚さｈ２が１１０ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜である。無機層１９は、屈折率ｎ１が約１．５のＳｉＯ_２層である。

蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３が約１．９の場合、図１２（ａ）に示すように、発光素子３の励起光（波長λ０＝４５０ｎｍ）の反射率は１．６％、黄色蛍光体出力（波長５６０ｎｍ）の反射率は８．４％となっている。黄色蛍光体出力の反射率は、発光素子３の励起光の反射率よりも約５倍高い。

蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３が約１．５の場合、図１２（ｂ）に示すように、発光素子３の励起光（波長λ０＝４５０ｎｍ）の反射率は０．００６％、黄色蛍光体出力（波長５６０ｎｍ）の反射率は３．６％となっている。黄色蛍光体出力の反射率は、発光素子３の励起光の反射率よりも約６００倍高い。

黄色蛍光体出力は、赤色領域近傍まで発光スペクトルが広がっているものの、赤色領域の輝度が低いため演色性が低い傾向がある。

実施形態の蛍光反射膜２０によれば、図１２（ａ）および（ｂ）からわかるように、励起光波長から離れた波長の反射率が高い。

図１２（ａ）に示すように、蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３が約１．９の場合、波長７００ｎｍの反射率は１６．４％であり、黄色蛍光波長（５６０ｎｍ）に対して約２倍、励起光波長に対しては約１０倍高い反射率となっている。

図１２（ｂ）に示すように、蛍光体層３０の等価屈折率ｎ３が約１．５の場合、波長７００ｎｍの反射率は８．６％であり、黄色蛍光波長（５６０ｎｍ）に対して約２．４倍、励起光波長に対しては約１４００倍高い反射率となっている。

図１２（ａ）または（ｂ）の特性をもつ蛍光反射膜２０により、蛍光体３１の蛍光出力の発光素子３による損失成分が抑制されるほか、輝度の低い長波長の光が高反射となる効果が加わって、演色性の改善の効果も表れる。

なお、蛍光反射膜２０は、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図５、図７、および図１０に示す構造に設けてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３，４，５…発光素子、１３…発光層、１５…半導体層、１５ａ…凹凸面、１９，１９ａ，１９ｂ…透明無機層、２０…蛍光反射膜、３０…蛍光体層、３１…蛍光体、３２…ガラス材

Claims (20)

1. 凹凸面を有する発光素子と、
   ガラス材と、前記ガラス材に分散された蛍光体とを有し、前記凹凸面の上に設けられた蛍光体層と、
   前記凹凸面と前記蛍光体層との間に設けられ、前記凹凸面および前記蛍光体層に接し、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する無機層と、
   を備えた半導体発光装置。
2. 前記無機層の前記蛍光体層側の面の表面粗さは、前記無機層の前記発光素子側の面の表面粗さよりも小さい請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記無機層の前記蛍光体層側の面に凹凸が設けられている請求項１記載の半導体発光装置。
4. 前記無機層は、前記発光素子側に設けられた第１無機層と、前記蛍光体層側に設けられた第２無機層とを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
5. 前記ガラス材の屈折率は、前記発光素子の材料の屈折率より小さく、前記無機層の屈折率より大きい請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
6. 前記無機層と前記蛍光体層との間に設けられ、前記発光素子の発光波長に対する反射率よりも、前記蛍光体の蛍光波長に対して高い反射率を有する蛍光反射膜をさらに備えた請求項１、２、３または５に記載の半導体発光装置。
7. 前記第１無機層と前記第２無機層との間に設けられ、前記発光素子の発光波長に対する反射率よりも、前記蛍光体の蛍光波長に対して高い反射率を有する蛍光反射膜をさらに備えた請求項４記載の半導体発光装置。
8. 前記発光素子の側面に設けられた絶縁層をさらに備え、
   前記蛍光体層の側面および前記絶縁層の側面は連続している請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
9. 前記蛍光体層は、前記発光素子の前記側面よりも外側の領域の前記絶縁層上にも設けられている請求項８記載の半導体発光装置。
10. 前記無機層は、導電性を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
11. 前記蛍光体層は樹脂を含まない請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
12. 前記発光素子と前記蛍光体層との間に基板を含まない請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
13. 前記ガラス材は、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミナ珪酸ガラス、石英、および合成石英の少なくともいずれかを含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
14. 発光素子の凹凸面上に、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する無機層を形成する工程と、
    前記無機層の表面を平滑化する工程と、
    平滑化された前記無機層の表面に、少なくとも、ガラス材と、前記ガラス材に分散された蛍光体とを有する蛍光体層を貼り合わせる工程と、
    を備えた半導体発光装置の製造方法。
15. 前記無機層の前記表面および前記蛍光体層の前記無機層に貼り合せる面の平均粗さは、それぞれ０．５ｎｍ以下である請求項１４記載の半導体発光装置の製造方法。
16. 発光素子の凹凸面上に、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する第１無機層を形成する工程と、
    前記第１無機層の表面を平滑化する工程と、
    ガラス材と、前記ガラス材に分散された蛍光体とを有する蛍光体層の表面上に、前記発光素子の放射光に対して透過性を有する第２無機層を形成する工程と、
    前記第２無機層の表面を平滑化する工程と、
    平滑化された前記第１無機層の表面と、平滑化された前記第２無機層の表面とを貼り合わせる工程と、
    を備えた半導体発光装置の製造方法。
17. 前記第１無機層の前記表面の平均粗さ、および前記第２無機層の前記表面の平均粗さは、０．５ｎｍ以下である請求項１６記載の半導体発光装置の製造方法。
18. 前記蛍光体層の前記表面に凹凸を形成する工程をさらに備え、
    前記凹凸を埋めるように前記第２無機層が前記蛍光体層の前記表面に形成される請求項１６または１７に記載の半導体発光装置の製造方法。
19. 前記ガラス材のエッチングにより前記蛍光体層の前記表面に前記蛍光体を露出させ、前記凹凸を形成する請求項１８記載の半導体発光装置の製造方法。
20. 前記第２無機層の裏面に凹凸を形成し、前記蛍光体層を前記第２無機層の裏面の凹凸上に溶融塗布する請求項１６または１７に記載の半導体発光装置の製造方法。

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