JP3174776U

JP3174776U - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP3174776U
Application number: JP2012000355U
Authority: JP
Inventors: 愛玲丹羽
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2022-01-26

Abstract

【課題】容易に安定した所望の色度を得ることを可能とする半導体発光装置を提供する。
【解決手段】シリコン基板と、前記シリコン基板の一方の主面上に配設された第１の導電型の第１の半導体層、この第１の半導体層上に配設された前記第１の導電型とは逆の第２の導電型の第２の半導体層を有する主半導体領域とを有し、前記シリコン基板の表面には、前記主半導体領域に達する深さの開口部が設けられ、前記開口部に波長変換物質が充填されることを特徴とする。

【選択図】図１

Description

本考案は、半導体発光装置に関する。

半導体発光装置として例えば半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）の需要が高まっている。ＬＥＤは発光体の主要部品として広く用いられている。そしてＬＥＤの発する光を蛍光体に入射させて発光体としての発光色を変換する技術もよく知られ、例えば青色のＬＥＤと蛍光体を用いて白色の発光色を得る発光ダイオードがある。

この種の発光ダイオードでは発光するＬＥＤ素子とその光の波長を変換する蛍光体とをどのように配置するかが課題となる。従来提案された構造は、蛍光体でＬＥＤ素子の周囲を覆ったり、あるいは蛍光体を混ぜたダイボンド剤でＬＥＤ素子を基台に固定したり、あるいは蛍光体を混ぜた封止樹脂でＬＥＤ素子を封入するものであった。

しかし、上述の技術においては、樹脂層の形状や厚さ（即ち光変換に関与する蛍光体の総量）を一定に保つことが困難で、樹脂層の形状を一定にしようとすれば注型などを要し、工程を増し製造コストが増える。またキュアー条件の変動によって封止樹脂等の内部での蛍光体の分布にバラツキが発生し易い。これらの理由により、例えば発光ダイオードからスペクトルの強度分布が安定した白色光を発生させることが、発光方向による偏りも含めて困難である。

このような問題を解決するため、下記特許文献１には、サファイア基板の一方の面に発光層であるＰＮジャンクションとそれらの電極を形成し、前記基板に前記発光層のない側の面から前記発光層に達しない深さに縦横に加工した格子状の溝を形成し、該溝の内部にのみ蛍光体を含有した樹脂を充填し、該樹脂を硬化して成る半導体発光ダイオードが開示されている。

しかしながら、上記特許文献１に開示されている半導体発光ダイオードにおいては、以
下の点について配慮がなされていなかった。上記半導体発光ダイオードは透光性基板であるサファイア基板が採用される。上記半導体発光ダイオードは縦横に加工した格子状の溝が形成され、該溝の内部にのみ蛍光体が充填される。そのため、ＰＮジャンクションで発生した光は、蛍光体が充填された箇所と充填されない箇所の両方を通過し、それぞれ異なる領域から外部に出射するため混色させることが困難である。また、所望の色度を得ようとした場合に、格子状に充填された蛍光体部の大きさや形状等を発光素子の波長、光量に合わせ、最適化することが困難であり、現実的でない。

特許第４８２２４８２号公報

本考案は、上記課題を解決するためになされたものである。従って、本考案は、容易に安定した所望の色度を得ることを可能とする半導体発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本考案は、
シリコン基板と、前記シリコン基板の一方の主面上に配設された第１の導電型の第１の半導体層、この第１の半導体層上に配設された前記第１の導電型とは逆の第２の導電型の第２の半導体層を有する主半導体領域とを有し、前記シリコン基板の表面には、前記主半導体領域に達する深さの開口部が設けられ、前記開口部に波長変換物質が充填されることを特徴とする。

容易に安定した所望の色度を得ることを可能とする半導体発光装置を提供する。

本考案の第1の実施形態に係る半導体発光装置の概略図である。本考案の第２の実施形態に係る半導体発光装置の概略図である。本考案の第２の実施形態に係る半導体発光装置の部分的な概略図である。本考案の第２の実施形態に係る半導体発光装置の部分的な概略図である。本考案の第２の実施形態の変形例に係る半導体発光装置の概略図である。本考案の第２の実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置の概略図である。

次に、本考案の実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であって、本考案はここに示す実施形態に限定される趣旨ではない。

図１に、本考案の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の概略図を示す。
本考案の第１の実施の形態に係る半導体発光装置は、シリコンからなる半導体基板１と、半導体基板１の一方の主面上に配設された第１の導電型の第１の半導体層（ｎ型半導体層）１１、この第１の半導体層１１上に活性層１２を介して配設された第１の導電型とは逆の第２の導電型の第２の半導体層（ｐ型半導体層）１３を有する主半導体領域２とを備える。
図１では、ｐ型半導体層１３がｎ型半導体層１１までエッチングされており、露出したｎ型半導体層１１にｎ側電極３が形成されている。ｐ側電極４は、ｐ型半導体層１３上に形成されている。半導体基板１の他方の主面（発光ダイオードが形成されたのとは反対側の面）には、開口部が形成されている。当該開口部は、半導体基板１の周辺部を残し、ｎ型半導体層１１に達するまでエッチングされ、中心付近の半導体基板１は全て除去されている。

当該開口部には波長変換物質である蛍光体１００又は、蛍光体１００を分散した樹脂１０１が充填され、硬化されている。この蛍光体１００は、当該発光ダイオードから発せられる光を吸収して、その補色の光を放出するような蛍光体である。この目的の為にはＹＡＧ蛍光体などを用いることができる。
蛍光体１００を分散した樹脂１０１を充填、硬化させた後は、バックグラインド処理により、半導体基板１及び充填された樹脂１０１が研磨され、所望の厚さまで薄型化することができる。

半導体発光装置の主要部を構成するための主半導体領域２は、半導体基板１と異種の３−５族化合物半導体から成る複数の層を有し、半導体基板１の上に周知の気相成長法によって形成されている。更に詳細には、主半導体領域２は、ダブルヘテロ接合発光ダイオードを構成するためにｎ型半導体層１１と活性層１２とｐ型半導体層１３とを順次に有している。なお、ｎ型半導体層１１をｎ型クラッド層と呼び、ｐ型半導体層１３をｐ型クラッド層と呼ぶことがある。発光ダイオードは原理的にｎ型半導体層１１とｐ型半導体層１３のみで構成できる。従って、主半導体領域２から活性層１２を省くことができる。また、必要に応じてバッファ層や周知の電流分散層又はオーミックコンタクト層等を主半導体領域２に付加することができる。

絶縁膜１５は例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）、によって主半導体領域２を覆うように形成されている。

この構造によれば、活性層１２からの直接光と、蛍光体１００によって変換された光が混合することによって、白色光を得ることができる。また、前述したように、バックグラインド処理等により半導体基板１及び樹脂１０１の厚さを調整することが可能なため、容易に所望の色度を得ることができる。さらに、蛍光体１００の周囲には、光吸収基板であるシリコン半導体基板１によって囲まれているため、活性層１２からの発光と蛍光体１００からの発光を効率よく混色させることができる。
なお、この素子は、電極側が、配線基板に直接接続されるフリップチップ方式によって実装される。

次に、図２を用いて本考案の第２の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。なお、図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
本考案の第２の実施形態に係る半導体発光装置は、第１の実施形態に係る半導体発光装置に対し、さらに支持基板１０と光反射層５を有し、配線２２と接する側の支持基板の主面にはｐ側電極４が形成され、半導体基板１の他方の主面にはｎ側電極３が形成される。

図２に示す半導体発光装置を製造する時には、まず、図３に示す半導体基板１を用意する。半導体基板１は、図１と同様に光吸収性基板であればよく、この実施例では、シリコン基板を用いている。
次に、半導体基板１の上に図１に示したものと同様に、ｐ型半導体層１１と活性層１２とｎ型半導体層１３とを順次に周知の気相成長法で形成して発光機能を有する主半導体領域２を得る。
次に、主半導体領域２の上にＡｇ又はＡｇ合金から成る第１の貼合せ層５ａを周知のスパッタリング方法で形成するが、勿論、スパッタリング方法以外の別の蒸着方法等で形成することもできる。第１の貼合せ層５ａの厚さは、図２に示した完成後の光反射層５の約半分の厚さであることが望ましい。

次に、図４に示すように、導電性を有するシリコンから成る支持基板１０を用意し、この一方の主面１０上にＡｇ又はＡｇ合金から成る第２の貼合せ層５ｂを周知のスパッタリング方法で形成する。そして、他方の主面には、ｐ側電極４が形成される。
そして、図２に示すように支持基板１０上の第２の貼合せ層５ｂに対して図３に示した主半導体領域２上に形成された第１の貼合せ層５ａを重ね合せ、且つ互いに加圧接触させて例えば２１０〜４００℃の熱処理を施してＡｇ又はＡｇ合金材料を相互に拡散させて第１及び第２の貼合せ層５ａ、５ｂを一体化して光反射層５を得る。この種の接合は一般に拡散接合又は熱圧着と呼ばれている。第１及び第２の貼合せ層５ａ、５ｂ
がＡｇの場合には表面をエッチングして酸化又は硫化膜を除去した後に貼合せるのが望ましい。光反射層５は、支持基板１０及び主半導体領域２に良好にオーミック接触し且つ比較的大きい反射率を有する。
次に、第１の実施形態に係る半導体発光装置と同様に、半導体基板１の他方の面（発光ダイオードが形成されたのとは反対側の面）に開口部を形成する。当該開口部は、半導体基板１の周辺部を残し、ｎ型半導体層１１に達するまでエッチングされ、中心付近の半導体基板１は全て除去される。
そして、当該開口部に波長変換物質である蛍光体１００又は、蛍光体１００を分散した樹脂１０１を充填し、硬化する。蛍光体１００を分散した樹脂１０１を充填、硬化させた後は、バックグラインド処理により、半導体基板１及び充填された樹脂１０１を研磨し、所望の厚さまで薄型化する。
その後、前記開口部の周囲として残された半導体基板１上に、ｎ側電極３を形成し、第２の実施形態に係る半導体発光装置が完成する。

なお、上記第２の実施形態に係る半導体発光装置は、第１の貼合せ層５ａと第２の貼合せ層５ｂを貼合わせて光反射層５を形成したが、その変形例として図５のように、主半導体領域２上に光反射層５を形成し、その上にｐ側電極４を形成することも可能である。

さらに、他の変形例を図６に示す。図６は、シリコン基板である支持基板１０の一方の主面上にｎ型半導体層１３と活性層１２とｐ型半導体層１１とを順次に周知の気相成長法で形成して発光機能を有する主半導体領域２を得る。また、支持基板１０の他方の主面にはｎ側電極３が形成される。
次に、シリコン基板である半導体基板１を前記主半導体領域２上に、第2の実施の形態において説明したような方法において貼り合わせ、これまでと同様の方法で半導体基板１の中心付近に開口部を形成し、当該開口部に波長変換物質である蛍光体１００又は、蛍光体１００を分散した樹脂１０１を充填し、硬化する。蛍光体１００を分散した樹脂１０１を充填、硬化させた後は、バックグラインド処理により、半導体基板１及び充填された樹脂１０１を研磨し、所望の厚さまで薄型化する。
その後、前記開口部の周囲として残された半導体基板１上に、ｐ側電極４を形成し、第２の実施形態に係る他の変形例としての半導体発光装置が完成する。

１半導体基板１
２主半導体領域
３ｎ側電極
４ｐ側電極
５光反射層
５ａ第１の貼合せ層
５ｂ第２の貼合せ層
１０支持基板
１５絶縁膜
２１実装基板
２２実装基板配線
１００蛍光体
１０１樹脂

Claims

シリコン基板と、前記シリコン基板の一方の主面上に配設された第１の導電型の第１の半導体層、この第１の半導体層上に配設された前記第１の導電型とは逆の第２の導電型の第２の半導体層を有する主半導体領域とを有し、
前記シリコン基板の表面には、前記主半導体領域に達する深さの開口部が設けられ、前記開口部に波長変換物質が充填されることを特徴とする半導体発光装置。
前記半導体発光装置はフリップタイプであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
前記主半導体領域上には銀又は銀合金から成る光反射層が形成され、前記光反射層上と前記シリコン基板の他方の主面上にそれぞれ電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。