半導体発光装置を用いた光源装置
【課題】小型半導体発光装置を用いた放熱性が高い光源装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置と、実装基板と、第1接続材と、第2接続材と、を備えた光源装置が提供される。半導体発光装置は、発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む。実装基板は、基体と、第1基板電極及び第2基板電極と、を含む。接続材は、導電部と基板電極とを電気的に接続する。第1、第2導電部は、発光部の電極に電気的に接続され、第2主面の上に立設された第1、第2柱部を含む。封止部は第1、第2導電部の側面を覆う。光学層は波長変換部を含み半導体積層体の第2主面とは反対側に設けられる。第2基板電極の面積は、第2柱部の断面積の100倍以上である。第1基板電極及び第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じである。
【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置と、実装基板と、第1接続材と、第2接続材と、を備えた光源装置が提供される。半導体発光装置は、発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む。実装基板は、基体と、第1基板電極及び第2基板電極と、を含む。接続材は、導電部と基板電極とを電気的に接続する。第1、第2導電部は、発光部の電極に電気的に接続され、第2主面の上に立設された第1、第2柱部を含む。封止部は第1、第2導電部の側面を覆う。光学層は波長変換部を含み半導体積層体の第2主面とは反対側に設けられる。第2基板電極の面積は、第2柱部の断面積の100倍以上である。第1基板電極及び第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体発光装置を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
小型で低消費電力の発光装置として、青色LED(Light Emitting Diode)などの発光部と、蛍光体と、を組み合わせることで白色光を発する白色LED発光装置が開発されている。
【0003】
例えば、LEDチップをリードフレームや導電性基板にダイボンドしてワイヤーボンドを行った後、LEDチップ表面に蛍光体を塗布する構成の半導体発光装置が知られている。しかしながら、このような半導体発光装置においては、LEDチップの他に、リードフレーム、導電性基板及びボンディングワイヤなどのような部材が必要であるため、装置が大きくなり小型化の妨げとなる。
【0004】
小型化した発光部を用いた光源装置において、高い放熱性を得ることが、発光効率の向上のために特に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−210874号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の実施形態は、小型半導体発光装置を用いた放熱性が高い光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態によれば、半導体発光装置と、実装基板と、第1接続材と、第2接続材と、を備えた光源装置が提供される。前記半導体発光装置は、発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む。前記実装基板は、基体と、前記基体の前記半導体発光装置に対向する面上に設けられた第1基板電極及び第2基板電極と、を含む。前記第1接続材は、前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続する。前記第2接続材は、前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続する。前記発光部は、第1導電形の第1半導体層と、第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を含み、前記第1半導体層の側の第1主面と前記第2半導体層の側の第2主面とを有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第2主面において前記第1半導体層の一部が露出した半導体積層体と、前記第2主面の側において前記第1半導体層に電気的に接続された第1発光部電極と、前記第2主面の側において前記第2半導体層に電気的に接続された第2発光部電極と、を含む。前記第1導電部は、前記第1発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第1柱部を含む。前記第2導電部は、前記第2発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第2柱部を含む。前記封止部は、前記第1導電部の側面及び前記第2導電部の側面を覆う。前記光学層は、前記半導体積層体の前記第1主面に設けられた光学層であって、前記発光層から放出された発光光を吸収し、前記発光光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換部を含む。前記第2基板電極の面積は、前記第2柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上である。前記第1基板電極及び前記第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じである。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1(a)及び図1(b)は、実施形態に係る光源装置の構成を例示する模式図である。
【図2】図2(a)及び図2(b)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の構成を例示する模式図である。
【図3】図3(a)〜図3(c)は、実施形態に係る光源装置の熱特性を例示する模式図である。
【図4】図4(a)〜図4(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図5】図5(a)〜図5(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図6】図6(a)〜図6(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図7】図7(a)〜図7(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる実装基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図8】図8(a)及び図8(b)は、実施形態に係る光源装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図9】図9(a)〜図9(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図10】図10(a)〜図10(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図11】実施形態に係る別の光源装置の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
(実施の形態)
図1(a)及び図1(b)は、実施形態に係る光源装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図1(b)は模式的平面図であり、図1(a)は、図1(b)のA−A’線断面図である。
図2(a)及び図2(b)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図2(b)は模式的平面図であり、図2(a)は、図2(b)のA−A’線断面図である。
【0011】
図1(a)及び図1(b)に表したように、本実施形態に係る光源装置310は、半導体発光装置110と、実装基板250と、第1接続材230aと、第2接続材230bと、を備える。
【0012】
半導体発光装置110は、発光部10dと、第1導電部30aと、第2導電部30bと、封止部50と、光学層60と、を含む。
【0013】
実装基板250は、基体201と、第1基板電極210a及び第2基板電極210bと、を含む。第1基板電極210a及び第2基板電極210bは、基体201の半導体発光装置110に対向する面上に設けられる。
【0014】
第1接続材230aは、第1導電部30aと第1基板電極210aとを電気的に接続する。第2接続材230bは、第2導電部30bと第2基板電極210bとを電気的に接続する。
【0015】
図2(a)及び図2(b)に表したように、発光部10dは、半導体積層体10と、第1発光部電極14と、第2発光部電極15と、を含む。
【0016】
半導体積層体10は、第1導電形の第1半導体層11と、第2導電形の第2半導体層12と、第1半導体層11と第2半導体層12との間に設けられた発光層13と、を含む。半導体積層体10においては、第2半導体層12及び発光層13が選択的に除去されて第2半導体層12の側の第2主面10aにおいて第1半導体層11の一部が露出している。
【0017】
すなわち、半導体積層体10は、第1主面10bと、第1主面10bとは反対側の第2主面10aと、を有している。第2主面10aの側に第2半導体層12が配置され、第1主面10bの側に、第1半導体層11が配置される。
【0018】
例えば、第2半導体層12及び発光層13の面積は、第1半導体層11の面積よりも小さく、第2主面10aの側において、第1半導体層11の一部は、第2半導体層12及び発光層13に覆われていない。
【0019】
第1導電形は例えばn形であり、第2導電形は例えばp形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でも良い。以下では、第1導電形がn形であり、第2導電形がp形である場合として説明する。すなわち、第1半導体層11は、n形半導体層である。第2半導体層12は、p形半導体層である。
【0020】
第1半導体層11、第2半導体層12及び発光層13には、例えば、窒化物半導体を用いることができる。第1半導体層11は、例えばGaNを含むn形クラッド層である。第2半導体層12は、例えばp形クラッド層である。発光層13は、例えば量子井戸層と、量子井戸層に積層された障壁層と、を有する。発光層13は、例えば、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。
【0021】
ここで、第2主面10aから第1主面10bに向かう方向をZ軸方向とする。すなわち、Z軸方向は、第1半導体層11、発光層13及び第2半導体層12の積層方向である。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
本具体例では、後述する第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向に沿った、半導体積層体10の辺の方向が、X軸方向に設定されている。
【0022】
半導体積層体10は、例えば、サファイアなどの基板の上に、第1半導体層11となる結晶、発光層13となる結晶、及び、第2半導体層12となる結晶が順次成長され、その後、所定の領域の、第1半導体層11の一部、発光層13、及び、第2半導体層12が除去されて形成される。
【0023】
第1発光部電極14は、第2主面10aの側において第1半導体層11に電気的に接続される。第2発光部電極15は、第2主面10aの側において第2半導体層12に電気的に接続される。
【0024】
第1発光部電極14は、例えばn側電極であり、第2発光部電極15は、例えばp側電極である。発光部10dにおいて、第1発光部電極14と第2発光部電極15とを介して、半導体積層体10に電流を供給することで、発光層13から光(発光光)が放出される。
【0025】
このように、発光部10dは、第1主面10bと、第1主面10bとは反対側の第2主面10aと、第2主面10aに設けられた第1発光部電極14と及び第2発光部電極15と、を有する。
【0026】
第1導電部30aは、第1発光部電極14に電気的に接続される。第1導電部30aは、第2主面10aの上に立設された第1柱部31aを含む。第2導電部30bは、第2発光部電極15に電気的に接続される。第2導電部30bは、第2主面10aの上に立設された第2柱部31bを含む。
【0027】
封止部50は、第1導電部30aの側面及び第2導電部30bの側面を覆う。
【0028】
光学層60は、半導体積層体10の第2主面10aとは反対側の第1主面10bに設けられる。光学層60は、蛍光体層61(波長変換部)を含む。蛍光体層61は、発光層13から放出された発光光を吸収し、発光光の波長とは異なる波長の光を放出する。
【0029】
図1(a)及び図1(b)に表したように、半導体発光装置110と、実装基板250と、が、Z軸方向に沿って積層される。半導体発光装置110の第1導電部30aは、実装基板250の第1基板電極210aに対向する。そして、半導体発光装置110の第2導電部30bは、実装基板250の第2基板電極210bに対向する。互いに対向する第1導電部30aと第1基板電極210aとが、第1接続材230aにより接続される。そして、互いに対向する第2導電部30bと第2基板電極210bとが、第2接続材230bにより接続される。
【0030】
実装基板250の基体201には、例えば、ガラスエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ガラス布/ガラス不織布エポキシ樹脂、銅またはアルミの金属ベース基板、及び、セラミック等を用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、基体201には、任意の材料を用いることができる。
【0031】
第1基板電極210a及び第2基板電極210bには、例えば、銅、アルミニウム及び銀等を用いることができる。第1基板電極210a及び第2基板電極210bの厚さは、例えば、10マイクロメートル(μm)以上100μm以下とすることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1基板電極210a及び第2基板電極210bに用いられる材料及びそれらの厚さは任意である。
【0032】
さらに、本具体例では、実装基板250は、第1基板電極210aの第1接続材230aと接続される部分を露出しつつ、第2基板電極210bの第2接続材230bと接続される部分を露出する実装基板絶縁層220をさらに含む。実装基板絶縁層220には、例えばポリイミドなどが用いられる。なお、実装基板絶縁層220は必要に応じて設けられ場合によっては省略することができる。
【0033】
第1接続材230a及び第2接続材230bには、例えば、Sn−Ag−Cu系の鉛フリーはんだを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1接続材230a及び第2接続材230bには、任意の材料が用いられる。
【0034】
光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積が大きく設定される。これにより、小型半導体発光装置を用いた、放熱性が高い光源装置が提供できる。
【0035】
例えば、第2基板電極210bの面積は、第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の100倍以上である。
さらに、第1基板電極210aの面積は、第1柱部31aの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の100倍以上に設定されることができる。
【0036】
また、第2基板電極210bの面積は、発光部10dの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の30倍以上である。
さらに、第1基板電極210aの面積は、発光部10dの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の30倍以上に設定されることができる。
【0037】
第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積が大きく設定されることで、放熱性が向上できる効果については後述する。
【0038】
本具体例では、半導体発光装置110は、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pと、第1柱部31aと、の間に設けられた絶縁層20をさらに含む。そして、第1柱部31aは、第2半導体層12の第2主面10aの側のその一部12pを、絶縁層20を介して覆う。すなわち、第1柱部31aは、第2半導体層12と離間し、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆いつつ、第2主面10aに立設される。第1柱部31aは、例えばZ軸方向に沿って延在する部分を少なくとも含む。絶縁層20によって、第2半導体層12と第1柱部31aとは電気的に遮断される。
【0039】
なお、絶縁層20は、第1導電部30aと第1発光部電極14との電気的な接続を実現するために、第1発光部電極14の少なくとも一部の上には設けられていない。絶縁層20は、例えば、第1開口部20o1を有し、第1開口部20o1において、第1導電部30aと第1発光部電極14との電気的な接続が行われる。なお、第1開口部20o1は、絶縁層20を貫通する孔を含むことができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1開口部20o1は、絶縁層20の端部のうち、第1発光部電極14の端部から後退し、第1発光部電極14を露出させる部分を便宜的に含むことができる。すなわち、第1開口部20o1は、絶縁層20のうちで第1発光部電極14の少なくとも一部を露出させる部分を含むことができ、その形状は任意である。第1開口部20o1の数は、任意である。
【0040】
第2導電部30bの第2柱部31bは、Z軸方向に沿って延在する部分を少なくとも含む。
【0041】
なお、絶縁層20は、第2発光部電極15の少なくとも一部をさらに露出する。これにより、第2導電部30bと第2発光部電極15との電気的な接続が行われる。すなわち、絶縁層20は、例えば、第2発光部電極15の側の第2開口部20o2を有し、第2開口部20o2において、第2導電部30bと第2発光部電極15との電気的な接続が行われる。この場合も、第2開口部20o2は、絶縁層20を貫通する孔を含む。また、第2開口部20o2は、第2発光部電極15の端部から後退し第2発光部電極15を露出させる部分を便宜的に含むことができる。すなわち、第2開口部20o2は、絶縁層20のうちで第2発光部電極15の少なくとも一部を露出させる部分を含むことができ、その形状は任意である。第2開口部20o2の数は、任意である。
【0042】
封止部50は、第1導電部30aの半導体積層体10とは反対の側の第1端面31aeを露出する。また、封止部50は、第2導電部30bの半導体積層体10とは反対の側の第2端面31beを露出する。なお、第1端面31aeは、第1柱部31aの半導体積層体10とは反対の側の端面である。また、第2端面31beは、第2柱部31bの半導体積層体10とは反対の側の端面である。
【0043】
本具体例では、蛍光体層61は、例えば蛍光体を含む蛍光体層61と、蛍光体層61と半導体積層体10との間に設けられた透光部62と、を含む。透光部62は、発光層13から放出される発光光に対する透光性を有する。透光部62は、例えばレンズ作用や屈折作用などの光の進行方向を変化させる作用を有することができる。これにより、発光層13で発生した光の放射角や色ずれを調整することができる。透光部62は必要に応じて設けられ、透光部62は場合によっては省略できる。
【0044】
蛍光体層61は、例えば透光性の樹脂と、この樹脂に分散された蛍光体と、を含む。蛍光体は、発光層13から放出された発光光を吸収し、発光光の波長とは異なる波長の光を放出する。なお、蛍光体層61は、複数種の蛍光体を含むことができる。蛍光体には、例えば、黄色光を放出する蛍光体、緑色光を放出する蛍光体、及び、赤色光を放出す蛍光体など、任意の色を放出する蛍光体を用いることができる。また、蛍光体層61は、波長が異なる蛍光体を含む積層された複数の層を含むこともできる。
【0045】
半導体発光装置110においては、第1導電部30a、第1発光部電極14、第2導電部30b及び第2発光部電極15を介して、半導体積層体10に電流が供給され、これにより、発光層13から光(発光光)が放出される。発光光は、例えば、青色光、紫色光及び紫外光などの比較的短い波長の光とすることができる。
【0046】
発光層13から放出された例えば青色の発光光は、光学層60の内部に進行し、蛍光体層61によって例えば黄色の光に波長が変換される。そして、発光層13から放出された例えば青色の発光光と、蛍光体層61で得られた例えば黄色の光と、が合成される。これにより、半導体発光装置110は、白色光を発光することができる。
【0047】
なお、発光層13から放出される発光光の波長、及び、蛍光体層61で変換された光の波長は任意である。また、半導体発光装置110から出射する光の色は、白色の他、任意の色とすることができる。
【0048】
本具体例では、発光部10dは、半導体積層体10の第2主面10aの側の第1発光部電極14及び第2発光部電極15を除く部分に設けられた保護層18をさらに含む。保護層18は、半導体積層体10の端部を覆う。保護層18には、絶縁材料を用いることができる。これにより、第1電極14と第2電極15との間の絶縁性が向上する。保護層18は、半導体積層体10の端部の全部を覆うこともできる。また、保護層18は、半導体積層体10の端部の一部を覆うこともできる。この保護層18には、例えば酸化シリコンなどを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、保護層18には任意の絶縁材料を用いることができる。また、保護層18は必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。
【0049】
第2発光部電極15は積層構造を有することができる。例えば、第2発光部電極15は、導電層と、その導電層と第2半導体層12との間に設けられた反射層(図示しない)を含むことができる。これにより、発光層13から放出され、第2主面10aの側に進行する光が反射層で反射され、光を光学層60の側に効率良く進行させることができる。
【0050】
本具体例では、第1導電部30aは、第1接続部32aをさらに含む。第1接続部32aは、絶縁層20の少なくとも一部を覆い、第1発光部電極14と第1柱部31aとを電気的に接続する。第1接続部32aは、例えばX−Y平面に沿って延在する部分を含むことができる。
【0051】
また、第2導電部30bは、第2接続部32bをさらに含むことができる。第2接続部32bは、第2発光部電極15と第2柱部31bとを電気的に接続する。第2接続部32bは、例えばX−Y平面に沿って延在する部分を含むことができる。
【0052】
第1柱部31a、第1接続部32a、第2柱部31b及び第2接続部32bには、例えば、Cu(銅)、Ni(ニッケル)、及び、Al(アルミニウム)などの金属を用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1柱部31a、第1接続部32a、第2柱部31b及び第2接続部32bに用いられる材料は任意である。
【0053】
封止部50は、第1接続部32aの側面、第1柱部31aの側面、第2接続部32bの側面、及び、第2柱部31bの側面を覆う。封止部50には、例えばエポキシ樹脂などの樹脂を用いることができる。封止部50に用いられる樹脂は、例えば石英フィラーやアルミナフィラーなどのフィラーを含有することができる。これにより、封止部50の熱伝導率を上昇させることができ、これにより放熱性を高め、半導体積層体の温度上昇を抑制でき、発光効率を向上できる。
【0054】
絶縁層20には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を用いることができる。
【0055】
半導体発光装置110においては、第1導電部30aの第1柱部31aが、絶縁層20を介して第2半導体層12の一部を覆う構成が採用されている。これにより、第1柱部31aの半導体積層体10とは反対側の端面(第1端面31ae)の面積は、第1発光部電極14の面積よりも大きく設定される。
【0056】
半導体発光装置110が小型化され、その外形(特に、X−Y平面に対して平行な面の面積)が小さくなった場合において、良好な接続性を維持することが重要である。
【0057】
例えば、n形半導体の第1半導体層11に接続される第1発光部電極14の面積が、p形半導体の第2半導体層12に接続される第2発光部電極15の面積よりも小さく設定されており、第1発光部電極14に接続される第1導電部30aの第1端面31aeの面積が第1発光部電極14の面積と同じように小さい比較例においては、接続性が劣化する場合がある。このため、接続不良が発生し易い。また、接続性が劣化し易いことが、半導体発光装置110の小型化を妨げる。
【0058】
半導体発光装置110においては、第1柱部31aが、絶縁層20を介して第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う。これにより、第1柱部31aの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を、第1発光部電極14の面積よりも大きくできる。これにより、第1発光部電極14の面積が小さい場合においても、第1発光部電極14に接続される第1柱部31a(第1導電部30a)の第1端面31aeの面積が大きくできる。これにより、光源装置310においては、第1導電部30aと第1基板電極210aとの良好な接続性を実現できる。
【0059】
このような構成の効果は、半導体発光装置110が小型化され、その外形(特に、X−Y平面に対して平行な面)が小さくなった場合において、特に効果的に発揮される。そして、第1発光部電極14の面積が、第2発光部電極15の面積よりも小さい場合に、特に効果的に発揮される。すなわち、第1柱部31aが絶縁層20を介して第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う構成によって、半導体発光装置110の小型化が可能となる。
【0060】
半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面の大きさは、下面電極タイプの電子部品の最小サイズとされることができる。例えば、半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面は、600μm×300μmの長方形とすることができる。例えば、半導体発光装置110の外形は、例えば600μm×300μm×300μmの直方体とすることができる。また、半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面は、1000μm×500μmの長方形とすることができる。例えば、半導体発光装置110の外形は、例えば1000μm×500μm×500μmの直方体とすることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、半導体発光装置110のX−Y平面に対して平行な面の大きさ及び形状、並びに、半導体発光装置110の大きさ及び形状は、任意である。
【0061】
半導体発光装置110のX軸方向に沿った辺の長さが600μmで、Y軸方向に沿った辺の長さが300μmの場合においては、第1柱部31aのX−Y平面で切断したときの断面及び第2柱部31bのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmの長方形とすることができる。
【0062】
このように、半導体発光装置110においては、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を比較的大きくすることができる。
【0063】
これにより、発光部10dで発生した熱を、第1柱部31a及び第1接続材230aを介して第1基板電極210aに向けて効率良く伝達させることができる。そして、発光部10dで発生した熱を、第2柱部31b及び第2接続材230bを介して第2基板電極210bに向けて、効率良く伝達させることができる。そして、第1基板電極210a及び第2基板電極210bに伝達された熱は、第1基板電極210a及び第2基板電極210bで放熱する。
【0064】
このとき、本実施形態に係る光源装置310においては、第2基板電極210bの面積が、第2柱部31bの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上に設定されることで高い放熱効果が得られる。さらに、第1基板電極210aの面積を、第1柱部31aの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上に設定しても良い。例えば、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を第2柱部31bの断面積の100倍以上に設定して高い放熱性が得られれば、第1基板電極210aの面積は第1柱部31aの断面積の100倍未満でも良い。
【0065】
また、第2基板電極210bの面積が、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上に設定されることで高い放熱効果が得られる。第1基板電極210aの面積を、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上に設定しても良い。例えば、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を発光部10dの断面積の30倍以上に設定して高い放熱効果が得られれば、第1基板電極210aの面積は発光部10dの断面積の30倍未満でも良い。
【0066】
例えば、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの熱伝導率は、第1接続材230a及び第2接続材230bの熱伝導率よりも高く設定される。光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bが放熱部として機能する。
【0067】
半導体発光装置110においては、半導体発光装置110のサイズが発光部10dのサイズとほぼ同等の小さいサイズとなるので、発光部10dで発生した熱の放熱経路は限定される。半導体発光装置110においては、第1接続材230a及び第2接続材230bの近傍において局所的に温度が高くなり易い。このとき、熱伝導率が高く放熱機能を有する第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積を大きくすることで、高い放熱効果が得られる。
【0068】
一方、例えば、LEDチップをリードフレームなどに実装し、LEDチップの電極とリードフレームの配線電極とをワイヤで接続する比較例においては、LEDチップで発生した熱が細いワイヤを介して配線電極で放熱される効果は殆ど見られない。このため、ワイヤが接続される配線電極は、LEDへの電流供給の機能だけを有し、放熱の機能は有していない。
【0069】
これに対し、本実施形態に係る半導体発光装置110においては、発光部10dに接続された第1導電部30aの第1柱部31a及び第2導電部30bの第2柱部31bの断面積が大きい(例えばワイヤの断面積よりも著しく大きい)。このため、発光部10dで発生した熱が、第1柱部31a及び第2柱部31bを介してそれぞれ第1基板電極210a及び第2基板電極210bに効率良く伝達される。これにより、光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bは、発光部10dへの電流供給の機能に加え、放熱の機能を有することができる。
【0070】
図3(a)〜図3(c)は、実施形態に係る光源装置の熱特性を例示する模式図である。
すなわち、図3(a)は、光源装置310における熱特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。図3(c)は、シミュレーション条件を例示する模式的平面図であり、図3(b)は、模式的断面図である。
【0071】
本シミュレーションにおいては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積(基板電極面積Sa)を変えて、第1基板電極210aと第1接続材230aとの接合部、及び、第2基板電極210bと第2接続材230bとの接合部、の温度(接合部温度Tj)をシミュレーションした。
【0072】
具体的には、図3(b)及び図3(c)に表したように、第1基板電極210a及び第2基板電極210bのX軸方向に沿った長さLと、第1基板電極210a及び第2基板電極210bのY軸方向に沿った長さWと、を変えた。ここで、長さWは、長さLの2/3とした。そして、第1基板電極210a及び第2基板電極210bには、Cuが用いられるものとし、その厚さt2は、100μmとした。
【0073】
実装基板250の基体201の厚さt1は600μmとし、基体201の裏面(第1基板電極210a及び第2基板電極210bとは反対側の面)の全体に、厚さが60μmのCu膜(図示しない)が設けられるものとした。このCu膜は、基体201の放熱性を高める効果を有する。そして、半導体発光装置110は、600μm(X軸方向)×300μm(Y軸方向)×300μm(Z軸方向)とした。そして、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断したときの断面積)は、200μm×150μmとした。第1柱部31a及び第2柱部31bの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、60μm程度とされた。そして、本シミュレーションでは、光源装置310の周囲の温度を60℃とした。
【0074】
図3(a)に例示したグラフ図の横軸は基板電極面積Saであり、縦軸は接合部温度Tjである。
図3(a)に表したように、基板電極面積Saが小さいと接合部温度Tjは高い。そして、基板電極面積Saが増大するに従って接合部温度Tjは低下する。これには、基板電極面積Saが増大すると、発光部10dで発生する熱の第1基板電極210a及び第2基板電極210bにおける放熱効果が高まるためである。
【0075】
基板電極面積Saが約3平方ミリメートル(mm2)〜約4mm2になると、接合部温度Tjの値はほぼ一定となる。すなわち、基板電極面積Saは3mm2以上であることが望ましい。基板電極面積Saが3mm2よりも小さい条件では、第1基板電極210a及び第2基板電極210bにおける放熱効果が向上している最中である。基板電極面積Saが3mm2以上になると、放熱効果が十分発揮されている状態となる。
【0076】
本シミュレーションでは、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)は、200μm×150μmで0.03mm2である。このことから、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積(基板電極面積Sa)が、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積の100倍以上であるときに、十分な放熱効果が発揮されると言える。
【0077】
なお、既に説明したように、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を第2柱部31bの断面積の100倍以上に設定して高い放熱性が得られれば、第1基板電極210aの面積は第1柱部31aの断面積の100倍未満でも良い。
【0078】
本シミュレーションにおいては、半導体発光装置110の断面積は、600μm×300μmで、0.18mm2である。このことから、第1基板電極210aの面積及び第2基板電極210bの面積は、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上であるときに十分な放熱効果が発揮されると言える。
【0079】
なお、既に説明したように、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を発光部10dの断面積の30倍以上に設定して高い放熱効果が得られれば、第1基板電極210aの面積は発光部10dの断面積の30倍未満でも良い。
【0080】
図3(a)に表したように、第1基板電極210aの面積及び第2基板電極210bの面積が、10mm2以上であるがさらに望ましい。基板電極面積Saが10mm2以上になると、接合部温度Tjはほぼ一定であり、放熱効果がより十分に発揮されている状態となる。
【0081】
すなわち第2基板電極210bの面積は、第2柱部31bの断面積の333倍以上であることがさらに望ましい。そして、第2基板電極210bの面積は、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の56倍以上であることがさらに望ましい。
【0082】
なお、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの平面形状の縦の長さと横の長さとは互いに比較的近いことが望ましい。すなわち、例えば平面形状が、幅が狭い帯状であると、長さ方向における熱抵抗が増大するので放熱効果が十分発揮されないことがある。
【0083】
なお、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの平面形状(X−Y平面の形状)は、略長方形(正方形も含む)、略扁平円(円も含む)、及び、多角形など任意である。
【0084】
なお、本具体例においては、第1基板電極210aと第2基板電極210bとの組みにおいて、1つの半導体発光装置が設けられているが、第1基板電極210aと第2基板電極210bとの組みにおいて、複数の半導体発光装置が設けられても良い。
【0085】
このとき、第2基板電極210bの面積は、複数の半導体発光装置のそれぞれの第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の合計の100倍以上に設定される。そして、第2基板電極210bの面積は、複数の発光部断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の合計の30倍以上に設定される。これにより、高い放熱効果が得られる。
【0086】
以下、半導体発光装置110の構成の例についてさらに説明する。
以下では、半導体発光装置110のX軸方向に沿った辺の長さが600μmであり、Y軸方向に沿った辺の長さが300μmである場合についての構成の例について説明する。
【0087】
第1半導体層11のX軸方向に沿った辺の長さは、例えば570μmとすることできる。また、第1半導体層11のY軸方向に沿った辺の長さは、例えば270μmとすることができる。
【0088】
X軸方向(第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向)に沿った半導体発光装置110の長さは、Y軸方向(第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向と、第2主面10aから第1主面10bに向かう方向と、に対して直交する方向)に沿った半導体発光装置110の長さよりも長く設定することができる。
【0089】
また、X軸方向に沿った第1半導体層11の長さは、Y軸方向に沿った第1半導体層11の長さよりも長く設定することができる。
これにより、X軸方向に沿って第1端面31aeと第2端面31beとを配置したときにおいて、第1端面31aeのサイズと第2端面31beのサイズと、を大きく設定できる。これにより、電極の接続性がより向上できる。
【0090】
蛍光体層61には、例えば、光を吸収し、その光の波長よりも長い波長を有する光を放出する蛍光体の粒子を混合した樹脂を用いることができる。この蛍光体は、例えば、青色光、紫光、及び、紫外光の少なくともいずれかの光を吸収し、その光よりも長い波長を有する光を放出する。また、蛍光体が混合される樹脂には、例えばシリコーン樹脂が用いられる。蛍光体層61の厚さは、例えば200μmとされる。蛍光体層61に用いられるシリコーン樹脂には、例えば、屈折率が約1.5のメチルフェニルシリコーンを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、蛍光体層61に含まれる樹脂及び蛍光体は任意である。
【0091】
なお、既に説明したように、第2発光部電極15は、導電層と、その導電層と第2半導体層12との間に設けられた反射層を含むことができる。この反射層は、例えばAg及びAlの少なくともいずれかを含有することができる。この反射層の厚さは、例えば0.3μmとすることができる。この反射層は、例えば、第2半導体層12の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けることができる。これにより、発光層13から放出された発光光を効率的に第1主面10bに向けて反射することができる。ただし、反射層が設けられる領域は、任意であり、例えば、反射層は、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部の領域に設けられても良い。
【0092】
また、第2発光部電極15は、上記の反射層と、第2半導体層12と、の間に設けられたコンタクト電極層をさらに含んでも良い。このコンタクト電極層は、例えば、Au層(金層)と、Au層と第2半導体層12との間に設けられたNi層(ニッケル層)と、を含むことができる。なお、Ni層の厚さは0.1μmとすることができ、Au層の厚さは0.1μmとすることができる。
【0093】
第1発光部電極14は、例えば、Au層と、Au層と第1半導体層11との間に設けられたNi層と、を含むことができる。このAu層の厚さは例えば0.1μmとすることができ、このNi層の厚さは0.1μmとすることができる。第1発光部電極14は、例えば、第1半導体層11の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けられることができる。ただし、第1発光部電極14が設けられる領域は任意であり、第1発光部電極14は第1半導体層11の第2主面10aの側の少なくとも一部に設けられる。
なお、第1発光部電極14は、導電層と、導電層と第1半導体層11との間に設けられた反射層と、を含んでも良い。このように、第1発光部電極14は積層構造を有することができる。
【0094】
第2発光部電極15の導電層は、例えば、Au層と、Au層と第2半導体層12との間に設けられたNi層と、を含むことができる。このAu層の厚さは例えば0.1μmとすることができ、このNi層の厚さは0.1μmとすることができる。第2発光部電極15は、例えば、第2半導体層12の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けられることができる。ただし、第2発光部電極15が設けられる領域は任意であり、第2発光部電極15は第2半導体層12の第2主面10aの側の少なくとも一部に設けられる。
【0095】
第1導電部30aに含まれる第1接続部32aには、例えばCu等の金属が用いられる。第1接続部32aは、第1層と、第2層と、を含むことができる。第1層は、第2層と第1発光部電極14との間に設けられる。すなわち、第1層は第1発光部電極14に接する。第1層は、例えばシード層であり、第2層は、例えばメッキ層である。第1層の面積は、第1発光部電極14の面積と同等か、第1発光部電極14の面積以下とすることができる。第2層の面積は、例えば、250μm×150μmとすることができる。第1層の厚さは、例えば約1μmとすることができる。第2層の厚さは、例えば10μmとすることができる。
【0096】
第2導電部30bに含まれる第2接続部32bには、例えばCu等の金属が用いられる。第2接続部32bは、第3層と、第4層と、を含むことができる。第3層は、第4層と第2発光部電極15との間に設けられる。すなわち、第3層は第2発光部電極15に接する。第3層は、例えばシード層であり、第4層は、例えばメッキ層である。第3層は、第1層と同層であり、第3層には、第1層に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。第4層は第2層と同層であり、第4層には、第2層に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。第3層の面積は、第2発光部電極15の面積と同等か、第2発光部電極15の面積以下とすることができる。第4層の面積は、例えば、250μm×350μmとすることができる。第3層の厚さは、例えば約1μmとすることができる。第4層の厚さは、例えば10μmとすることができる。
【0097】
ただし、第1〜第4層の面積、形状及び厚さは任意である。また、第1接続部32a及び第2接続部32bは、単層の薄膜でも良く、上記のように、積層膜でも良い。また、第1接続部32aは、第1層及び第2層に積層された他の層をさらに有しても良い。また、第2接続部32bは、第3層及び第4層に積層された他の層をさらに有しても良い。
【0098】
第1柱部31aには、例えばCu等の金属を用いることができる。第1柱部31aのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmとされる。第1柱部31aの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、例えば60μm程度とされる。第1接続部32aによって、第1発光部電極14と第1柱部31aとが電気的に接続される。
【0099】
第2柱部31bには、例えばCu等の金属を用いることができる。第2柱部31bのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmとされる。第2柱部31bの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、例えば60μm程度とされる。第2接続部32bによって、第2発光部電極15と第2柱部31bとが電気的に接続される。
【0100】
第1柱部31a及び第2柱部31bに用いられる材料、断面の形状、断面積及び厚さは上記に限らず任意である。
【0101】
封止部50には、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。封止部50の厚さは、第1柱部31a及び第2柱部31bの厚さと同程度であり、例えば、60μm程度である。封止部50は、第1導電部30aの第1端面31ae、及び、第2導電部30bの第2端面31beを露出しつつ、第1導電部30aの側面(第1柱部31aの側面及び第1接続部32aの側面)、及び、第2導電部30bの側面(第2柱部31bの側面及び第2接続部32bの側面)を覆う。封止部50は、さらに、第1接続部32a及び第2接続部32bの半導体積層体10とは反対側の面を覆うことができる。さらに、封止部50は、半導体積層体10の第2主面10aの側の全体を覆うことができる。
【0102】
以下、半導体発光装置110の製造方法の例について説明する。
図4(a)〜図4(e)、図5(a)〜図5(e)、及び、図6(a)〜図6(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図2(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。ただし、上下が反転して描かれている。
本製造方法は、複数の半導体発光装置110をウェーハレベルで一括して製造する方法である。
【0103】
図4(a)に表したように、半導体積層体10が形成された基板10sが用いられる。なお、基板10sには、例えばサファイア基板が用いられる。基板10sのサイズは、例えば直径が4インチであり、基板10sの厚さは、例えば500μm程度である。なお、半導体積層体10の形成方法は、例えば以下である。すなわち、基板10s上に、窒化物半導体の、第1半導体層11となる結晶膜、発光層13となる結晶膜、及び、第2半導体層12となる結晶膜が、エピタキシャル成長され、これらの結晶膜が、例えばRIE(Reactive Ion Etching)処理によりエッチングされ、第2主面10aの側に第1半導体層11の一部を露出させる。さらに、これらの結晶膜が、例えばRIE処理により加工され、個別化され、複数の半導体積層体10が形成される。
【0104】
次に、図4(b)に表したように、半導体積層体10の第2主面10aに、第1発光部電極14及び第2発光部電極15となる膜を形成し、所定の形状にこの膜を加工し、第1発光部電極14及び第2発光部電極15を形成する。さらに、保護層18を形成する。なお、図2(b)においては、煩雑さを避けるために、保護層18は図示されていない。
【0105】
具体的には、例えば、半導体積層体10の第2主面10aに、コンタクト電極層となる膜を形成する。すなわち、厚さが0.1μmのNi膜を形成し、その上に厚さが0.1μmのAu膜を形成する。これにより、コンタクト電極層となる膜が形成される。Ni膜及びAu膜の形成には例えばスパッタ法を用いることができる。さらに、このAu膜の上に、反射層となる層が形成される。すなわち、反射層として、Ag及びAlの少なくともいずれかを含む、例えば厚さが0.3μmの膜が形成される。この場合にもスパッタ法を用いることができる。これにより、反射層となる膜が形成される。
【0106】
さらに、反射層となる膜の上に、第1発光部電極14及び第2発光部電極15の導電層となる導電膜が形成される。すなわち、反射層となる膜の上に、例えば0.1μmのNi膜を形成し、その上に厚さが0.1μmのAu膜を形成する。このNi膜及びAu膜の形成にも、例えばスパッタ法を用いることができる。
【0107】
上記のコンタクト電極層となる膜、反射層となる膜、第1発光部電極14及び第2発光部電極15導電層となる導電膜を所定の形状に加工する。これにより、第1発光部電極14及び第2発光部電極15が形成される。なお、上記の各膜の加工には、例えばリフトオフ法などの任意の方法を用いることができる。なお、コンタクト電極層、反射層、及び、第1発光部電極14の導電層は、互いに異なるパターン形状を有することができる。また、コンタクト電極層、反射層、及び、第2発光部電極15の導電層は、互いに異なるパターン形状を有することができる。
【0108】
さらに、第1発光部電極14の少なくとも一部を除く領域、及び、第2発光部電極15の少なくとも一部を除く領域に、保護層18となる、例えば、厚さが0.3μmのSiO2膜を例えばCVD法により形成し、例えばドライエッチングやウエットエッチングによって加工し、保護層18を形成する。
【0109】
次に、図4(c)に表したように、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20を形成する。この絶縁層20は、第1発光部電極14の少なくとも一部を除く領域、及び、第2発光部電極15の少なくとも一部を除く領域に形成される。なお、本具体例では、絶縁層20は、複数の半導体積層体10どうしの間にも設けられる。
【0110】
絶縁層20には、例えばポリイミドやPBO(ポリベンゾオキサゾール)が用いられる。すなわち、例えば、半導体積層体10の第2主面10aの全面に、絶縁層20となるポリイミド膜を形成し、例えばマスクを用いた露光と、現像と、を行うことにより、選択的に絶縁層20を形成する。加工された絶縁層20は、必要に応じてベーキングされる。
【0111】
そして、この後、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜を形成する。この導電膜は、第2導電部30bの少なくとも一部となることもできる。さらに、この導電膜は、絶縁層20に覆われていない第1発光部電極14の少なくとも一部と、絶縁層20に覆われていない第2発光部電極15の少なくとも一部と、を覆うように、形成されることができる。具体的には以下の処理が行われる。
【0112】
すなわち、図4(d)に表したように、例えば、基板10sの第2主面10aの側の全面に、第1接続部32aの第1層、及び、第2接続部32bの第3層、となるシード層33を形成する。シード層33は、例えば、蒸着法やスパッタ法などの物理的被着法により形成される。シード層33は、後述するメッキ工程における給電層として機能する。シード層33には、例えば、Ti膜とCu膜との積層膜を用いることができる。なお、シード層33のTi層により、Cu膜と、レジストやパッド(第1発光部電極14及び第2発光部電極15)と、の密着強度を高めることができる。Ti層の厚さは、例えば0.2μm程度とされる。一方、シード層33のCu膜は、主に給電に寄与する。Cu膜の厚さは、0.2μm以上とすることが望ましい。
【0113】
次に、図4(e)に表したように、第1接続部32aに対応する領域、及び、第2接続部32bに対応する領域以外の領域に、第1レジスト層37を形成する。第1レジスト層37には、例えば、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを用いることができる。第1レジスト層37は、まず、第1レジスト層37となる膜を形成した後に、所定の開口部を有する遮光マスクを用いた露光と、現像と、を実施することにより形成される。なお、必要に応じて第1レジスト層37はベーキングされる。
【0114】
次に、図5(a)に表したように、第1レジスト層37が設けられていない領域に、第1接続部32aの第2層、及び、第2接続部32bの第4層、となる接続部導電膜32fを形成する。接続部導電膜32fは、例えば、電気メッキ法により形成される。電気メッキ法においては、例えば、硫酸銅と硫酸とからなるメッキ液中に、上記の被加工体が設けられた基板10sを浸漬し、シード層33と直流電源の負極とを接続し、基板10sの被メッキ面と対向するように設置したアノードとなるCu板と直流電源の陽極とを接続する。そして、負極と陽極との間に電流を通電し、Cuのメッキを行う。メッキ工程において、メッキ膜の厚さは時間の経過と共に増加し、メッキ膜の厚さが必要な厚さに達したときに通電が停止されてメッキが完了する。これにより、メッキ膜からなる接続部導電膜32fが、第1レジスト層37の開口部に形成される。
【0115】
第1発光部電極14に対応する位置のシード層33(第1層)と、第1発光部電極14に対応する位置の接続部導電膜32f(第2層)と、が第1接続部32aとなる。第2発光部電極15に対応する位置のシード層33(第3層)と、第2発光部電極15に対応する位置の接続部導電膜32f(第4層)と、が第2接続部32bとなる。
【0116】
第1接続部32aが、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に形成された、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜に相当する。そして、本具体例では、この導電膜となるシード層33及び接続部導電膜32fは、第2導電部30bの少なくとも一部となる導電膜にもなる。さらに、この導電膜となるシード層33及び接続部導電膜32fは、絶縁層20に覆われていない第1発光部電極14の少なくとも一部と、絶縁層20に覆われていない第2発光部電極15の少なくとも一部と、を覆うように形成されている。
【0117】
この後、第1接続部32a(第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に形成された、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜)の上に、第1柱部31aを形成する。具体的には、例えば以下の処理が行われる。
【0118】
図5(b)に表したように、第1柱部31aに対応する領域、及び、第2柱部31bに対応する領域以外の領域に第2レジスト層38を形成する。第2レジスト層38に用いられる材料、及び、第2レジスト層38の形成には、第1レジスト層37に関して説明した材料及び方法を採用することができる。
【0119】
次に、図5(c)に表したように、第2レジスト層38が設けられていない領域に、第1柱部31a及び第2柱部31bとなる柱部導電膜31fを形成する。柱部導電膜31fも、例えば、電気メッキ法により形成される。柱部導電膜31fの形成には、接続部導電膜32fの形成に関して説明した材料及び方法を適用することができる。第1接続部32aに接続される部分の柱部導電膜31fが第1柱部31aとなり、第2接続部32bに接続される部分の柱部導電膜31fが第2柱部31bとなる。
【0120】
次に、図5(d)に表したように、第1レジスト層37及び第2レジスト層38を除去する。さらに、露出したシード層33を、例えば、酸洗浄により除去する。なお、接続部導電膜32fに覆われているシード層33は、第1層及び第3層として残存し、それぞれ第1接続部32a及び第2接続部32bに含まれる。
【0121】
次に、図5(e)に表したように、基板10sの第2主面10aの側の面に、封止部50となる樹脂層50fを形成する。樹脂層50fには、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。例えば、印刷等の手法によって、第1柱部31a及び第2柱部31bが埋没する程度の厚さで、基板10sの第2主面10aの側の面に樹脂層50fとなる膜を形成し、加熱して硬化させ樹脂層50fを形成する。樹脂層50fの硬化の際の加熱条件は、例えば、150℃程度で2時間程度とされる。
【0122】
次に、図6(a)に表したように、樹脂層50fの表面を研削し、第1柱部31a及び第2柱部31bを露出させる。これにより、封止部50が形成される。なお、この研削において、樹脂層50fの研削と共に、第1柱部31aの一部と、第2柱部31bの一部と、を研削することができ、これにより、第1柱部31aの第1端面31ae、及び、第2柱部31bの第2端面31beは、封止部50の第2主面10aとは反対の側の面を含む面内に配置される。
【0123】
なお、上記の研削には、例えば、回転研磨ホイールを用いることができる。回転研削によって、平坦性を確保しながら研削を実施することができる。なお、研削後に、必要に応じて、乾燥が行われる。
【0124】
次に、図6(b)に表したように、半導体積層体10から基板10sを除去する。すなわち、例えば、基板10sの半導体積層体10とは反対側の面から、基板10sを介して、半導体積層体10に含まれる層(例えばGaN層)にレーザ光を照射し、この層の少なくとも一部を分解することで、半導体積層体10から基板10sを分離する。このレーザ光には、例えば、GaNの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有するレーザ光を用いることができる。例えば、Nd:YAGの三倍高調波レーザを用いることができる。ただし、用いられるレーザ光は任意である。
【0125】
次に、図6(c)に表したように、本具体例では、半導体積層体10の第1主面10bに、光学層60の一部となる透光部62を形成する。すなわち、半導体積層体10の第1主面10bに、例えば、液状の透明樹脂層を印刷等によって塗布し、所定の形状を有する型をこの透明樹脂層に押し付け、透明樹脂層を所定の形状に変形させた後に、型を離型し、必要に応じて加熱及び紫外線照射の少なくともいずれかの処理を施して硬化させ、透光部62を形成する。この方法を採用することにより、所望の形状を有する型を用いることで任意の形状を有する透光部62を容易に形成することができる。
【0126】
次に、図6(d)に表したように、透光部62を覆うように蛍光体層61となる蛍光体膜61fを形成する。蛍光体膜61fは、例えば、蛍光体の粒子と、シリコーン樹脂と、が混合された樹脂材料を、透光部62を覆うように、スピンコートまたは印刷により塗布し、その後、樹脂材料を加熱硬化して形成される。この樹脂材料には、例えば、150℃で1時間の加熱により硬化する材料が用いられる。
【0127】
そして、図6(e)に表したように、封止部50となる樹脂層50f、及び、蛍光体層61となる蛍光体膜61fを切断し、複数の半導体積層体10のそれぞれを分離する。これにより、複数の半導体発光装置110が一括して製造できる。なお、上記の切断には、例えばダイサによるダイシング法を採用することができる。
【0128】
上記の製造方法においては、ウェーハレベルで一括して、電極、封止部及び光学層を形成することができ、生産性が高い。また、ウェーハレベルでの検査も可能となる。これにより生産性高く半導体発光装置を製造できる。また、リードフレーム、導電性基板及びボンディングワイヤなどのような部材を必要としないため、小型化が容易にできる。また、低コスト化も可能になる。
【0129】
なお、図6(b)に関して説明した、半導体積層体10から基板10sを分離する工程において、絶縁層20となる膜に高い温度が加わる場合があることがある。すなわち、基板10sの半導体積層体10とは反対側の面から、基板10sを介して、半導体積層体10にレーザ光を照射する際に、絶縁層20となる膜が加熱されることがある。このときの加熱による絶縁層20となる膜の劣化を抑制するために、絶縁層20となる膜には、耐熱性の高い材料を用いることが望ましい。
【0130】
例えば、絶縁層20には、封止部50に用いられる樹脂よりも耐熱性が高い樹脂を用いることが、より望ましい。すなわち、絶縁層20の熱分解温度は、封止部50の熱分解温度よりも高いことが、より望ましい。例えば、絶縁層20には、熱分解温度が380℃程度以上のポリイミドを用いることができ、封止部50には、例えば、熱分解温度が280℃以上300℃以下程度のエポキシ樹脂を用いることができる。なお、熱分解温度は、例えば、加熱によって重量が一定の割合(例えば5パーセント)で減少するときの温度を採用することができる。
【0131】
また、絶縁層20となる膜がフィラーを含んだ場合においては、絶縁層20となる膜に加わる高温によってフィラーに起因した不良が発生することがある。この不良を抑制するため、絶縁層20に含まれるフィラーの含有率は、封止部50に含まれるフィラーの含有率よりも低く設定されることが望ましい。例えば、絶縁層20には、実質的にフィラーを含まないポリイミドを用いることができる。
【0132】
次に、実装基板250の製造方法の例について説明する。
図7(a)〜図7(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる実装基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0133】
図7(a)に表したように、基体201の表面に、第1基板電極210a及び第2基板電極210bとなる基板電極用導電層210fを形成する。基板電極用導電層210fには、例えば銅箔が用いられる。すなわち、基体201の表面に、例えば、銅箔を貼り付ける。
【0134】
次に、図7(b)に表したように、基板電極用導電層210fをパターニングして第1基板電極210a及び第2基板電極210bを形成する。すなわち、例えば、基板電極用導電層210fの上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜を現像してパターニングし、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにして、基板電極用導電層210fをエッチングする。そして、例えばアッシング法などにより、フォトレジスト膜を除去する。
【0135】
次に、図7(c)に表したように、基体201、並びに、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、実装基板絶縁層220となる絶縁材料を、例えばスピンコート法などにより塗布し、所定の形状に加工する。これにより、第1基板電極210aの第1接続材230aと接続される部分を露出しつつ、第2基板電極210bの第2接続材230bと接続される部分を露出する実装基板絶縁層220が形成される。
これにより、実装基板250が作製される。
【0136】
次に、光源装置310の製造方法の例について説明する。
図8(a)及び図8(b)は、実施形態に係る光源装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0137】
図8(a)に表したように、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、第1接続材230a及び第2接続材230bをそれぞれ形成する。
すなわち、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、第1接続材230a及び第2接続材230bとなるはんだ材を、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷法により配置する。
【0138】
そして、図8(b)に表したように、マウンタにより、実装基板250の上に半導体発光装置110を載置する。このとき、第1導電部30aと第1接続材230aとを対向させ、第2導電部30bと第2接続材230bとを対向させる。この状態で第1接続材230a及び第2接続材230bを溶融し固化させる。これにより、第1導電部30aと第1基板電極210aとが第1接続材230aによって接合され、第2導電部30b第2基板電極210bとが第2接続材230bによって接合される。
これにより、光源装置310が製造される。
【0139】
図9(a)〜図9(c)、及び、図10(a)〜図10(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図2(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0140】
図9(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110aにおいては、透光部62が凸レンズの形状を有している。
【0141】
さらに、透光部62の厚さが一定であっても良い。すなわち、透光部62は、レンズ作用を有する他、半導体積層体10の温度上昇を抑制する作用を有することもできる。すなわち、蛍光体層61においては、波長変換の際に一部のエネルギーが吸収され発熱するが、透光部62を蛍光体層61と半導体積層体10との間に設けることで、蛍光体層61を半導体積層体10から離すことができ、半導体積層体10の温度の上昇を抑制できる。
このように、透光部62の形状は任意である。
【0142】
図9(b)に表したように、別の半導体発光装置110bにおいては、光学層60には、蛍光体層61が設けられているが、透光部62が設けられていない。このように、透光部62は、必要に応じて設けられる。
【0143】
図9(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110cにおいては、光学層60は、蛍光体を含む蛍光体層61と、蛍光体層61の半導体積層体10とは反対側に設けられた硬質膜63と、を有する。硬質膜63は、蛍光体層61の硬度よりも高い硬度を有する。硬質膜63は透光性を有する。硬質膜63には、例えば硬度の高いシリコーン樹脂を用いることができる。硬質膜63の形成には、例えば、スピンコート法または印刷法を採用できる。また、硬質膜63には、例えば窒化シリコンや酸化シリコンなどを用いることができる。この場合には、硬質膜63は、例えばスパッタなどの方法によって形成される。ただし、硬質膜63の材料及び形成方法は任意である。
【0144】
硬質膜63を設けることで、半導体発光装置110cの発光面(光学層60の側の面)において高い硬度が得られるため、例えば、半導体発光装置110cのハンドリングが容易になる。
【0145】
例えば、蛍光体層61に用いられるシリコーン樹脂の硬度が低い場合において、光学層60の最表面(半導体積層体10から最も離れた面)に蛍光体層61が露出していると、例えば、半導体発光装置をコレットでピックアップする際に、蛍光体層61がコレットに密着し適切な実装が行われ難い場合がある。このとき、蛍光体層61よりも硬度が高い硬質膜63を蛍光体層61の上に設けることで、良好な実装がより実施し易くなる。
【0146】
図10(a)、図10(b)及び図10(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110d、110e及び110fにおいては、第1接続部32a及び第2接続部32bが設けられていない。この場合にも、第1柱部31aと、第2半導体層12と、の間に絶縁層20が設けられ、絶縁層20を介して、第1柱部31aの一部は、第2半導体層12の一部に対向している。これにより、第1導電部30aの第1端面31aeの面積は、第1発光部電極14の面積よりも大きくできる。半導体発光装置110d、110e及び110fによっても電極の接続性を高く維持し、小型化に適した半導体発光装置が提供できる。
【0147】
なお、図10(a)に例示した半導体発光装置110dにおいては、透光部62は、凸レンズの形状を有しているが、半導体発光装置110のように、透光部62の形状を凹レンズの形状としても良い。また、透光部62の厚さは一定としても良い。
【0148】
なお、図10(b)に例示した半導体発光装置110eは、透光部62が省略される例であり、図10(c)に例示した半導体発光装置110fは、図9(c)に関して説明した硬質膜63が設けられる例である。
【0149】
図11は、実施形態に係る別の光源装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
図11に表したように、本実施形態に係る別の光源装置311においては、実装基板250の基体201は、絶縁基板部202と、金属基板部203と、を含む。
【0150】
絶縁基板部202の上に、第1基板電極210a及び第2基板電極210bが設けられる。
金属基板部203は、絶縁基板部202の第1基板電極210a及び第2基板電極210bとは反対の側において、絶縁基板部202に積層される。
【0151】
基体201の絶縁基板部202の裏面に、導電性の高い金属基板部203を設けることで、基体201における熱の広がりが助長され、放熱性がより向上する。
【0152】
赤色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる赤色の蛍光体は、これに限定されない。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+ 。
【0153】
緑色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる緑色の蛍光体は、これに限定されない。
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce 。
【0154】
青色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる青色の蛍光体はこれに限定されない。
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu 。
【0155】
黄色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光体はこれに限定されない。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+ 。
【0156】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むものや、導電形などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれか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。
【0157】
以上説明したように、実施形態によれば、小型半導体発光装置を用いた放熱性が高い光源装置を提供することができる。
【0158】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【0159】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施の形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光部に含まれる半導体層、発光層、基板電極、導電層、反射層及びコンタクト電極層、並びに、半導体発光装置に含まれる導電部、柱部、接続部、絶縁層、封止部、封止層、光学層、波長変換部、蛍光体層、蛍光体、透光部及び硬質膜、実装基板に含まれる基体及び基板電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0160】
その他、本発明の実施の形態として上述した光源装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光源装置も、本発明の実施の形態の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0161】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0162】
10…半導体積層体、 10a…第2主面、 10b…第1主面、 10d…発光部、 10s…基板、 11…第1半導体層、 12…第2半導体層、 12p…一部、 13…発光層、 14…第1発光部電極、 15…第2発光部電極、 18…保護層、 20…絶縁層、 20o1、20o2…第1及び第2開口部、 30a…第1導電部、 30b…第2導電部、 31a…第1柱部、 31ae…第1端面、 31b…第2柱部、 31be…第2端面、 31f…柱部導電膜、 32a…第1接続部、 32b…第2接続部、 32f…接続部導電膜、 33…シード層、 37…第1レジスト層、 38…第2レジスト層、 50…封止部、 50f…樹脂層、 60…光学層、 61…蛍光体層(波長変換部)、 61f…蛍光体膜、 62…透光部、 63…硬質膜、 110、110a〜110f…半導体発光装置、 201…基体、 202…絶縁基板部、 203…金属基板部、 210a、210b…第1及び第2基板電極、 210f…基板電極用導電層、 220…実装基板絶縁層、 230a、230b…第1及び第2接続材、 250…実装基板、 310、311…光源装置、 L…長さ、 Sa…基板電極面積、 Tj…接合部温度、 W…長さ、 t1、t2…厚さ
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体発光装置を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
小型で低消費電力の発光装置として、青色LED(Light Emitting Diode)などの発光部と、蛍光体と、を組み合わせることで白色光を発する白色LED発光装置が開発されている。
【0003】
例えば、LEDチップをリードフレームや導電性基板にダイボンドしてワイヤーボンドを行った後、LEDチップ表面に蛍光体を塗布する構成の半導体発光装置が知られている。しかしながら、このような半導体発光装置においては、LEDチップの他に、リードフレーム、導電性基板及びボンディングワイヤなどのような部材が必要であるため、装置が大きくなり小型化の妨げとなる。
【0004】
小型化した発光部を用いた光源装置において、高い放熱性を得ることが、発光効率の向上のために特に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−210874号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の実施形態は、小型半導体発光装置を用いた放熱性が高い光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態によれば、半導体発光装置と、実装基板と、第1接続材と、第2接続材と、を備えた光源装置が提供される。前記半導体発光装置は、発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む。前記実装基板は、基体と、前記基体の前記半導体発光装置に対向する面上に設けられた第1基板電極及び第2基板電極と、を含む。前記第1接続材は、前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続する。前記第2接続材は、前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続する。前記発光部は、第1導電形の第1半導体層と、第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を含み、前記第1半導体層の側の第1主面と前記第2半導体層の側の第2主面とを有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第2主面において前記第1半導体層の一部が露出した半導体積層体と、前記第2主面の側において前記第1半導体層に電気的に接続された第1発光部電極と、前記第2主面の側において前記第2半導体層に電気的に接続された第2発光部電極と、を含む。前記第1導電部は、前記第1発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第1柱部を含む。前記第2導電部は、前記第2発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第2柱部を含む。前記封止部は、前記第1導電部の側面及び前記第2導電部の側面を覆う。前記光学層は、前記半導体積層体の前記第1主面に設けられた光学層であって、前記発光層から放出された発光光を吸収し、前記発光光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換部を含む。前記第2基板電極の面積は、前記第2柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上である。前記第1基板電極及び前記第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じである。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1(a)及び図1(b)は、実施形態に係る光源装置の構成を例示する模式図である。
【図2】図2(a)及び図2(b)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の構成を例示する模式図である。
【図3】図3(a)〜図3(c)は、実施形態に係る光源装置の熱特性を例示する模式図である。
【図4】図4(a)〜図4(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図5】図5(a)〜図5(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図6】図6(a)〜図6(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図7】図7(a)〜図7(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる実装基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図8】図8(a)及び図8(b)は、実施形態に係る光源装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
【図9】図9(a)〜図9(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図10】図10(a)〜図10(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図11】実施形態に係る別の光源装置の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0010】
(実施の形態)
図1(a)及び図1(b)は、実施形態に係る光源装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図1(b)は模式的平面図であり、図1(a)は、図1(b)のA−A’線断面図である。
図2(a)及び図2(b)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、図2(b)は模式的平面図であり、図2(a)は、図2(b)のA−A’線断面図である。
【0011】
図1(a)及び図1(b)に表したように、本実施形態に係る光源装置310は、半導体発光装置110と、実装基板250と、第1接続材230aと、第2接続材230bと、を備える。
【0012】
半導体発光装置110は、発光部10dと、第1導電部30aと、第2導電部30bと、封止部50と、光学層60と、を含む。
【0013】
実装基板250は、基体201と、第1基板電極210a及び第2基板電極210bと、を含む。第1基板電極210a及び第2基板電極210bは、基体201の半導体発光装置110に対向する面上に設けられる。
【0014】
第1接続材230aは、第1導電部30aと第1基板電極210aとを電気的に接続する。第2接続材230bは、第2導電部30bと第2基板電極210bとを電気的に接続する。
【0015】
図2(a)及び図2(b)に表したように、発光部10dは、半導体積層体10と、第1発光部電極14と、第2発光部電極15と、を含む。
【0016】
半導体積層体10は、第1導電形の第1半導体層11と、第2導電形の第2半導体層12と、第1半導体層11と第2半導体層12との間に設けられた発光層13と、を含む。半導体積層体10においては、第2半導体層12及び発光層13が選択的に除去されて第2半導体層12の側の第2主面10aにおいて第1半導体層11の一部が露出している。
【0017】
すなわち、半導体積層体10は、第1主面10bと、第1主面10bとは反対側の第2主面10aと、を有している。第2主面10aの側に第2半導体層12が配置され、第1主面10bの側に、第1半導体層11が配置される。
【0018】
例えば、第2半導体層12及び発光層13の面積は、第1半導体層11の面積よりも小さく、第2主面10aの側において、第1半導体層11の一部は、第2半導体層12及び発光層13に覆われていない。
【0019】
第1導電形は例えばn形であり、第2導電形は例えばp形である。ただし、実施形態はこれに限らず、第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でも良い。以下では、第1導電形がn形であり、第2導電形がp形である場合として説明する。すなわち、第1半導体層11は、n形半導体層である。第2半導体層12は、p形半導体層である。
【0020】
第1半導体層11、第2半導体層12及び発光層13には、例えば、窒化物半導体を用いることができる。第1半導体層11は、例えばGaNを含むn形クラッド層である。第2半導体層12は、例えばp形クラッド層である。発光層13は、例えば量子井戸層と、量子井戸層に積層された障壁層と、を有する。発光層13は、例えば、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。
【0021】
ここで、第2主面10aから第1主面10bに向かう方向をZ軸方向とする。すなわち、Z軸方向は、第1半導体層11、発光層13及び第2半導体層12の積層方向である。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。
本具体例では、後述する第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向に沿った、半導体積層体10の辺の方向が、X軸方向に設定されている。
【0022】
半導体積層体10は、例えば、サファイアなどの基板の上に、第1半導体層11となる結晶、発光層13となる結晶、及び、第2半導体層12となる結晶が順次成長され、その後、所定の領域の、第1半導体層11の一部、発光層13、及び、第2半導体層12が除去されて形成される。
【0023】
第1発光部電極14は、第2主面10aの側において第1半導体層11に電気的に接続される。第2発光部電極15は、第2主面10aの側において第2半導体層12に電気的に接続される。
【0024】
第1発光部電極14は、例えばn側電極であり、第2発光部電極15は、例えばp側電極である。発光部10dにおいて、第1発光部電極14と第2発光部電極15とを介して、半導体積層体10に電流を供給することで、発光層13から光(発光光)が放出される。
【0025】
このように、発光部10dは、第1主面10bと、第1主面10bとは反対側の第2主面10aと、第2主面10aに設けられた第1発光部電極14と及び第2発光部電極15と、を有する。
【0026】
第1導電部30aは、第1発光部電極14に電気的に接続される。第1導電部30aは、第2主面10aの上に立設された第1柱部31aを含む。第2導電部30bは、第2発光部電極15に電気的に接続される。第2導電部30bは、第2主面10aの上に立設された第2柱部31bを含む。
【0027】
封止部50は、第1導電部30aの側面及び第2導電部30bの側面を覆う。
【0028】
光学層60は、半導体積層体10の第2主面10aとは反対側の第1主面10bに設けられる。光学層60は、蛍光体層61(波長変換部)を含む。蛍光体層61は、発光層13から放出された発光光を吸収し、発光光の波長とは異なる波長の光を放出する。
【0029】
図1(a)及び図1(b)に表したように、半導体発光装置110と、実装基板250と、が、Z軸方向に沿って積層される。半導体発光装置110の第1導電部30aは、実装基板250の第1基板電極210aに対向する。そして、半導体発光装置110の第2導電部30bは、実装基板250の第2基板電極210bに対向する。互いに対向する第1導電部30aと第1基板電極210aとが、第1接続材230aにより接続される。そして、互いに対向する第2導電部30bと第2基板電極210bとが、第2接続材230bにより接続される。
【0030】
実装基板250の基体201には、例えば、ガラスエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ガラス布/ガラス不織布エポキシ樹脂、銅またはアルミの金属ベース基板、及び、セラミック等を用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、基体201には、任意の材料を用いることができる。
【0031】
第1基板電極210a及び第2基板電極210bには、例えば、銅、アルミニウム及び銀等を用いることができる。第1基板電極210a及び第2基板電極210bの厚さは、例えば、10マイクロメートル(μm)以上100μm以下とすることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1基板電極210a及び第2基板電極210bに用いられる材料及びそれらの厚さは任意である。
【0032】
さらに、本具体例では、実装基板250は、第1基板電極210aの第1接続材230aと接続される部分を露出しつつ、第2基板電極210bの第2接続材230bと接続される部分を露出する実装基板絶縁層220をさらに含む。実装基板絶縁層220には、例えばポリイミドなどが用いられる。なお、実装基板絶縁層220は必要に応じて設けられ場合によっては省略することができる。
【0033】
第1接続材230a及び第2接続材230bには、例えば、Sn−Ag−Cu系の鉛フリーはんだを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1接続材230a及び第2接続材230bには、任意の材料が用いられる。
【0034】
光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積が大きく設定される。これにより、小型半導体発光装置を用いた、放熱性が高い光源装置が提供できる。
【0035】
例えば、第2基板電極210bの面積は、第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の100倍以上である。
さらに、第1基板電極210aの面積は、第1柱部31aの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の100倍以上に設定されることができる。
【0036】
また、第2基板電極210bの面積は、発光部10dの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の30倍以上である。
さらに、第1基板電極210aの面積は、発光部10dの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の30倍以上に設定されることができる。
【0037】
第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積が大きく設定されることで、放熱性が向上できる効果については後述する。
【0038】
本具体例では、半導体発光装置110は、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pと、第1柱部31aと、の間に設けられた絶縁層20をさらに含む。そして、第1柱部31aは、第2半導体層12の第2主面10aの側のその一部12pを、絶縁層20を介して覆う。すなわち、第1柱部31aは、第2半導体層12と離間し、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆いつつ、第2主面10aに立設される。第1柱部31aは、例えばZ軸方向に沿って延在する部分を少なくとも含む。絶縁層20によって、第2半導体層12と第1柱部31aとは電気的に遮断される。
【0039】
なお、絶縁層20は、第1導電部30aと第1発光部電極14との電気的な接続を実現するために、第1発光部電極14の少なくとも一部の上には設けられていない。絶縁層20は、例えば、第1開口部20o1を有し、第1開口部20o1において、第1導電部30aと第1発光部電極14との電気的な接続が行われる。なお、第1開口部20o1は、絶縁層20を貫通する孔を含むことができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1開口部20o1は、絶縁層20の端部のうち、第1発光部電極14の端部から後退し、第1発光部電極14を露出させる部分を便宜的に含むことができる。すなわち、第1開口部20o1は、絶縁層20のうちで第1発光部電極14の少なくとも一部を露出させる部分を含むことができ、その形状は任意である。第1開口部20o1の数は、任意である。
【0040】
第2導電部30bの第2柱部31bは、Z軸方向に沿って延在する部分を少なくとも含む。
【0041】
なお、絶縁層20は、第2発光部電極15の少なくとも一部をさらに露出する。これにより、第2導電部30bと第2発光部電極15との電気的な接続が行われる。すなわち、絶縁層20は、例えば、第2発光部電極15の側の第2開口部20o2を有し、第2開口部20o2において、第2導電部30bと第2発光部電極15との電気的な接続が行われる。この場合も、第2開口部20o2は、絶縁層20を貫通する孔を含む。また、第2開口部20o2は、第2発光部電極15の端部から後退し第2発光部電極15を露出させる部分を便宜的に含むことができる。すなわち、第2開口部20o2は、絶縁層20のうちで第2発光部電極15の少なくとも一部を露出させる部分を含むことができ、その形状は任意である。第2開口部20o2の数は、任意である。
【0042】
封止部50は、第1導電部30aの半導体積層体10とは反対の側の第1端面31aeを露出する。また、封止部50は、第2導電部30bの半導体積層体10とは反対の側の第2端面31beを露出する。なお、第1端面31aeは、第1柱部31aの半導体積層体10とは反対の側の端面である。また、第2端面31beは、第2柱部31bの半導体積層体10とは反対の側の端面である。
【0043】
本具体例では、蛍光体層61は、例えば蛍光体を含む蛍光体層61と、蛍光体層61と半導体積層体10との間に設けられた透光部62と、を含む。透光部62は、発光層13から放出される発光光に対する透光性を有する。透光部62は、例えばレンズ作用や屈折作用などの光の進行方向を変化させる作用を有することができる。これにより、発光層13で発生した光の放射角や色ずれを調整することができる。透光部62は必要に応じて設けられ、透光部62は場合によっては省略できる。
【0044】
蛍光体層61は、例えば透光性の樹脂と、この樹脂に分散された蛍光体と、を含む。蛍光体は、発光層13から放出された発光光を吸収し、発光光の波長とは異なる波長の光を放出する。なお、蛍光体層61は、複数種の蛍光体を含むことができる。蛍光体には、例えば、黄色光を放出する蛍光体、緑色光を放出する蛍光体、及び、赤色光を放出す蛍光体など、任意の色を放出する蛍光体を用いることができる。また、蛍光体層61は、波長が異なる蛍光体を含む積層された複数の層を含むこともできる。
【0045】
半導体発光装置110においては、第1導電部30a、第1発光部電極14、第2導電部30b及び第2発光部電極15を介して、半導体積層体10に電流が供給され、これにより、発光層13から光(発光光)が放出される。発光光は、例えば、青色光、紫色光及び紫外光などの比較的短い波長の光とすることができる。
【0046】
発光層13から放出された例えば青色の発光光は、光学層60の内部に進行し、蛍光体層61によって例えば黄色の光に波長が変換される。そして、発光層13から放出された例えば青色の発光光と、蛍光体層61で得られた例えば黄色の光と、が合成される。これにより、半導体発光装置110は、白色光を発光することができる。
【0047】
なお、発光層13から放出される発光光の波長、及び、蛍光体層61で変換された光の波長は任意である。また、半導体発光装置110から出射する光の色は、白色の他、任意の色とすることができる。
【0048】
本具体例では、発光部10dは、半導体積層体10の第2主面10aの側の第1発光部電極14及び第2発光部電極15を除く部分に設けられた保護層18をさらに含む。保護層18は、半導体積層体10の端部を覆う。保護層18には、絶縁材料を用いることができる。これにより、第1電極14と第2電極15との間の絶縁性が向上する。保護層18は、半導体積層体10の端部の全部を覆うこともできる。また、保護層18は、半導体積層体10の端部の一部を覆うこともできる。この保護層18には、例えば酸化シリコンなどを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、保護層18には任意の絶縁材料を用いることができる。また、保護層18は必要に応じて設けられ、場合によっては省略できる。
【0049】
第2発光部電極15は積層構造を有することができる。例えば、第2発光部電極15は、導電層と、その導電層と第2半導体層12との間に設けられた反射層(図示しない)を含むことができる。これにより、発光層13から放出され、第2主面10aの側に進行する光が反射層で反射され、光を光学層60の側に効率良く進行させることができる。
【0050】
本具体例では、第1導電部30aは、第1接続部32aをさらに含む。第1接続部32aは、絶縁層20の少なくとも一部を覆い、第1発光部電極14と第1柱部31aとを電気的に接続する。第1接続部32aは、例えばX−Y平面に沿って延在する部分を含むことができる。
【0051】
また、第2導電部30bは、第2接続部32bをさらに含むことができる。第2接続部32bは、第2発光部電極15と第2柱部31bとを電気的に接続する。第2接続部32bは、例えばX−Y平面に沿って延在する部分を含むことができる。
【0052】
第1柱部31a、第1接続部32a、第2柱部31b及び第2接続部32bには、例えば、Cu(銅)、Ni(ニッケル)、及び、Al(アルミニウム)などの金属を用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、第1柱部31a、第1接続部32a、第2柱部31b及び第2接続部32bに用いられる材料は任意である。
【0053】
封止部50は、第1接続部32aの側面、第1柱部31aの側面、第2接続部32bの側面、及び、第2柱部31bの側面を覆う。封止部50には、例えばエポキシ樹脂などの樹脂を用いることができる。封止部50に用いられる樹脂は、例えば石英フィラーやアルミナフィラーなどのフィラーを含有することができる。これにより、封止部50の熱伝導率を上昇させることができ、これにより放熱性を高め、半導体積層体の温度上昇を抑制でき、発光効率を向上できる。
【0054】
絶縁層20には、例えば、ポリイミドなどの樹脂を用いることができる。
【0055】
半導体発光装置110においては、第1導電部30aの第1柱部31aが、絶縁層20を介して第2半導体層12の一部を覆う構成が採用されている。これにより、第1柱部31aの半導体積層体10とは反対側の端面(第1端面31ae)の面積は、第1発光部電極14の面積よりも大きく設定される。
【0056】
半導体発光装置110が小型化され、その外形(特に、X−Y平面に対して平行な面の面積)が小さくなった場合において、良好な接続性を維持することが重要である。
【0057】
例えば、n形半導体の第1半導体層11に接続される第1発光部電極14の面積が、p形半導体の第2半導体層12に接続される第2発光部電極15の面積よりも小さく設定されており、第1発光部電極14に接続される第1導電部30aの第1端面31aeの面積が第1発光部電極14の面積と同じように小さい比較例においては、接続性が劣化する場合がある。このため、接続不良が発生し易い。また、接続性が劣化し易いことが、半導体発光装置110の小型化を妨げる。
【0058】
半導体発光装置110においては、第1柱部31aが、絶縁層20を介して第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う。これにより、第1柱部31aの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を、第1発光部電極14の面積よりも大きくできる。これにより、第1発光部電極14の面積が小さい場合においても、第1発光部電極14に接続される第1柱部31a(第1導電部30a)の第1端面31aeの面積が大きくできる。これにより、光源装置310においては、第1導電部30aと第1基板電極210aとの良好な接続性を実現できる。
【0059】
このような構成の効果は、半導体発光装置110が小型化され、その外形(特に、X−Y平面に対して平行な面)が小さくなった場合において、特に効果的に発揮される。そして、第1発光部電極14の面積が、第2発光部電極15の面積よりも小さい場合に、特に効果的に発揮される。すなわち、第1柱部31aが絶縁層20を介して第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う構成によって、半導体発光装置110の小型化が可能となる。
【0060】
半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面の大きさは、下面電極タイプの電子部品の最小サイズとされることができる。例えば、半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面は、600μm×300μmの長方形とすることができる。例えば、半導体発光装置110の外形は、例えば600μm×300μm×300μmの直方体とすることができる。また、半導体発光装置110のX−Y平面に平行な面は、1000μm×500μmの長方形とすることができる。例えば、半導体発光装置110の外形は、例えば1000μm×500μm×500μmの直方体とすることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、半導体発光装置110のX−Y平面に対して平行な面の大きさ及び形状、並びに、半導体発光装置110の大きさ及び形状は、任意である。
【0061】
半導体発光装置110のX軸方向に沿った辺の長さが600μmで、Y軸方向に沿った辺の長さが300μmの場合においては、第1柱部31aのX−Y平面で切断したときの断面及び第2柱部31bのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmの長方形とすることができる。
【0062】
このように、半導体発光装置110においては、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を比較的大きくすることができる。
【0063】
これにより、発光部10dで発生した熱を、第1柱部31a及び第1接続材230aを介して第1基板電極210aに向けて効率良く伝達させることができる。そして、発光部10dで発生した熱を、第2柱部31b及び第2接続材230bを介して第2基板電極210bに向けて、効率良く伝達させることができる。そして、第1基板電極210a及び第2基板電極210bに伝達された熱は、第1基板電極210a及び第2基板電極210bで放熱する。
【0064】
このとき、本実施形態に係る光源装置310においては、第2基板電極210bの面積が、第2柱部31bの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上に設定されることで高い放熱効果が得られる。さらに、第1基板電極210aの面積を、第1柱部31aの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上に設定しても良い。例えば、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を第2柱部31bの断面積の100倍以上に設定して高い放熱性が得られれば、第1基板電極210aの面積は第1柱部31aの断面積の100倍未満でも良い。
【0065】
また、第2基板電極210bの面積が、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上に設定されることで高い放熱効果が得られる。第1基板電極210aの面積を、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上に設定しても良い。例えば、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を発光部10dの断面積の30倍以上に設定して高い放熱効果が得られれば、第1基板電極210aの面積は発光部10dの断面積の30倍未満でも良い。
【0066】
例えば、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの熱伝導率は、第1接続材230a及び第2接続材230bの熱伝導率よりも高く設定される。光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bが放熱部として機能する。
【0067】
半導体発光装置110においては、半導体発光装置110のサイズが発光部10dのサイズとほぼ同等の小さいサイズとなるので、発光部10dで発生した熱の放熱経路は限定される。半導体発光装置110においては、第1接続材230a及び第2接続材230bの近傍において局所的に温度が高くなり易い。このとき、熱伝導率が高く放熱機能を有する第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積を大きくすることで、高い放熱効果が得られる。
【0068】
一方、例えば、LEDチップをリードフレームなどに実装し、LEDチップの電極とリードフレームの配線電極とをワイヤで接続する比較例においては、LEDチップで発生した熱が細いワイヤを介して配線電極で放熱される効果は殆ど見られない。このため、ワイヤが接続される配線電極は、LEDへの電流供給の機能だけを有し、放熱の機能は有していない。
【0069】
これに対し、本実施形態に係る半導体発光装置110においては、発光部10dに接続された第1導電部30aの第1柱部31a及び第2導電部30bの第2柱部31bの断面積が大きい(例えばワイヤの断面積よりも著しく大きい)。このため、発光部10dで発生した熱が、第1柱部31a及び第2柱部31bを介してそれぞれ第1基板電極210a及び第2基板電極210bに効率良く伝達される。これにより、光源装置310においては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bは、発光部10dへの電流供給の機能に加え、放熱の機能を有することができる。
【0070】
図3(a)〜図3(c)は、実施形態に係る光源装置の熱特性を例示する模式図である。
すなわち、図3(a)は、光源装置310における熱特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。図3(c)は、シミュレーション条件を例示する模式的平面図であり、図3(b)は、模式的断面図である。
【0071】
本シミュレーションにおいては、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積(基板電極面積Sa)を変えて、第1基板電極210aと第1接続材230aとの接合部、及び、第2基板電極210bと第2接続材230bとの接合部、の温度(接合部温度Tj)をシミュレーションした。
【0072】
具体的には、図3(b)及び図3(c)に表したように、第1基板電極210a及び第2基板電極210bのX軸方向に沿った長さLと、第1基板電極210a及び第2基板電極210bのY軸方向に沿った長さWと、を変えた。ここで、長さWは、長さLの2/3とした。そして、第1基板電極210a及び第2基板電極210bには、Cuが用いられるものとし、その厚さt2は、100μmとした。
【0073】
実装基板250の基体201の厚さt1は600μmとし、基体201の裏面(第1基板電極210a及び第2基板電極210bとは反対側の面)の全体に、厚さが60μmのCu膜(図示しない)が設けられるものとした。このCu膜は、基体201の放熱性を高める効果を有する。そして、半導体発光装置110は、600μm(X軸方向)×300μm(Y軸方向)×300μm(Z軸方向)とした。そして、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断したときの断面積)は、200μm×150μmとした。第1柱部31a及び第2柱部31bの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、60μm程度とされた。そして、本シミュレーションでは、光源装置310の周囲の温度を60℃とした。
【0074】
図3(a)に例示したグラフ図の横軸は基板電極面積Saであり、縦軸は接合部温度Tjである。
図3(a)に表したように、基板電極面積Saが小さいと接合部温度Tjは高い。そして、基板電極面積Saが増大するに従って接合部温度Tjは低下する。これには、基板電極面積Saが増大すると、発光部10dで発生する熱の第1基板電極210a及び第2基板電極210bにおける放熱効果が高まるためである。
【0075】
基板電極面積Saが約3平方ミリメートル(mm2)〜約4mm2になると、接合部温度Tjの値はほぼ一定となる。すなわち、基板電極面積Saは3mm2以上であることが望ましい。基板電極面積Saが3mm2よりも小さい条件では、第1基板電極210a及び第2基板電極210bにおける放熱効果が向上している最中である。基板電極面積Saが3mm2以上になると、放熱効果が十分発揮されている状態となる。
【0076】
本シミュレーションでは、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)は、200μm×150μmで0.03mm2である。このことから、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの面積(基板電極面積Sa)が、第1柱部31a及び第2柱部31bの断面積の100倍以上であるときに、十分な放熱効果が発揮されると言える。
【0077】
なお、既に説明したように、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を第2柱部31bの断面積の100倍以上に設定して高い放熱性が得られれば、第1基板電極210aの面積は第1柱部31aの断面積の100倍未満でも良い。
【0078】
本シミュレーションにおいては、半導体発光装置110の断面積は、600μm×300μmで、0.18mm2である。このことから、第1基板電極210aの面積及び第2基板電極210bの面積は、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の30倍以上であるときに十分な放熱効果が発揮されると言える。
【0079】
なお、既に説明したように、第2柱部31bが接続される第2発光部電極15(例えばp側電極)の方が、第1発光部電極14(例えばn側電極)よりも発熱し易い場合は、第2基板電極210bの面積を発光部10dの断面積の30倍以上に設定して高い放熱効果が得られれば、第1基板電極210aの面積は発光部10dの断面積の30倍未満でも良い。
【0080】
図3(a)に表したように、第1基板電極210aの面積及び第2基板電極210bの面積が、10mm2以上であるがさらに望ましい。基板電極面積Saが10mm2以上になると、接合部温度Tjはほぼ一定であり、放熱効果がより十分に発揮されている状態となる。
【0081】
すなわち第2基板電極210bの面積は、第2柱部31bの断面積の333倍以上であることがさらに望ましい。そして、第2基板電極210bの面積は、発光部10dの第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積の56倍以上であることがさらに望ましい。
【0082】
なお、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの平面形状の縦の長さと横の長さとは互いに比較的近いことが望ましい。すなわち、例えば平面形状が、幅が狭い帯状であると、長さ方向における熱抵抗が増大するので放熱効果が十分発揮されないことがある。
【0083】
なお、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの平面形状(X−Y平面の形状)は、略長方形(正方形も含む)、略扁平円(円も含む)、及び、多角形など任意である。
【0084】
なお、本具体例においては、第1基板電極210aと第2基板電極210bとの組みにおいて、1つの半導体発光装置が設けられているが、第1基板電極210aと第2基板電極210bとの組みにおいて、複数の半導体発光装置が設けられても良い。
【0085】
このとき、第2基板電極210bの面積は、複数の半導体発光装置のそれぞれの第2柱部31bの断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の合計の100倍以上に設定される。そして、第2基板電極210bの面積は、複数の発光部断面積(第2主面10aに対して平行な平面で切断した断面積)の合計の30倍以上に設定される。これにより、高い放熱効果が得られる。
【0086】
以下、半導体発光装置110の構成の例についてさらに説明する。
以下では、半導体発光装置110のX軸方向に沿った辺の長さが600μmであり、Y軸方向に沿った辺の長さが300μmである場合についての構成の例について説明する。
【0087】
第1半導体層11のX軸方向に沿った辺の長さは、例えば570μmとすることできる。また、第1半導体層11のY軸方向に沿った辺の長さは、例えば270μmとすることができる。
【0088】
X軸方向(第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向)に沿った半導体発光装置110の長さは、Y軸方向(第1柱部31aから第2柱部31bに向かう方向と、第2主面10aから第1主面10bに向かう方向と、に対して直交する方向)に沿った半導体発光装置110の長さよりも長く設定することができる。
【0089】
また、X軸方向に沿った第1半導体層11の長さは、Y軸方向に沿った第1半導体層11の長さよりも長く設定することができる。
これにより、X軸方向に沿って第1端面31aeと第2端面31beとを配置したときにおいて、第1端面31aeのサイズと第2端面31beのサイズと、を大きく設定できる。これにより、電極の接続性がより向上できる。
【0090】
蛍光体層61には、例えば、光を吸収し、その光の波長よりも長い波長を有する光を放出する蛍光体の粒子を混合した樹脂を用いることができる。この蛍光体は、例えば、青色光、紫光、及び、紫外光の少なくともいずれかの光を吸収し、その光よりも長い波長を有する光を放出する。また、蛍光体が混合される樹脂には、例えばシリコーン樹脂が用いられる。蛍光体層61の厚さは、例えば200μmとされる。蛍光体層61に用いられるシリコーン樹脂には、例えば、屈折率が約1.5のメチルフェニルシリコーンを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、蛍光体層61に含まれる樹脂及び蛍光体は任意である。
【0091】
なお、既に説明したように、第2発光部電極15は、導電層と、その導電層と第2半導体層12との間に設けられた反射層を含むことができる。この反射層は、例えばAg及びAlの少なくともいずれかを含有することができる。この反射層の厚さは、例えば0.3μmとすることができる。この反射層は、例えば、第2半導体層12の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けることができる。これにより、発光層13から放出された発光光を効率的に第1主面10bに向けて反射することができる。ただし、反射層が設けられる領域は、任意であり、例えば、反射層は、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部の領域に設けられても良い。
【0092】
また、第2発光部電極15は、上記の反射層と、第2半導体層12と、の間に設けられたコンタクト電極層をさらに含んでも良い。このコンタクト電極層は、例えば、Au層(金層)と、Au層と第2半導体層12との間に設けられたNi層(ニッケル層)と、を含むことができる。なお、Ni層の厚さは0.1μmとすることができ、Au層の厚さは0.1μmとすることができる。
【0093】
第1発光部電極14は、例えば、Au層と、Au層と第1半導体層11との間に設けられたNi層と、を含むことができる。このAu層の厚さは例えば0.1μmとすることができ、このNi層の厚さは0.1μmとすることができる。第1発光部電極14は、例えば、第1半導体層11の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けられることができる。ただし、第1発光部電極14が設けられる領域は任意であり、第1発光部電極14は第1半導体層11の第2主面10aの側の少なくとも一部に設けられる。
なお、第1発光部電極14は、導電層と、導電層と第1半導体層11との間に設けられた反射層と、を含んでも良い。このように、第1発光部電極14は積層構造を有することができる。
【0094】
第2発光部電極15の導電層は、例えば、Au層と、Au層と第2半導体層12との間に設けられたNi層と、を含むことができる。このAu層の厚さは例えば0.1μmとすることができ、このNi層の厚さは0.1μmとすることができる。第2発光部電極15は、例えば、第2半導体層12の第2主面10aの側の実質的に全部の領域に設けられることができる。ただし、第2発光部電極15が設けられる領域は任意であり、第2発光部電極15は第2半導体層12の第2主面10aの側の少なくとも一部に設けられる。
【0095】
第1導電部30aに含まれる第1接続部32aには、例えばCu等の金属が用いられる。第1接続部32aは、第1層と、第2層と、を含むことができる。第1層は、第2層と第1発光部電極14との間に設けられる。すなわち、第1層は第1発光部電極14に接する。第1層は、例えばシード層であり、第2層は、例えばメッキ層である。第1層の面積は、第1発光部電極14の面積と同等か、第1発光部電極14の面積以下とすることができる。第2層の面積は、例えば、250μm×150μmとすることができる。第1層の厚さは、例えば約1μmとすることができる。第2層の厚さは、例えば10μmとすることができる。
【0096】
第2導電部30bに含まれる第2接続部32bには、例えばCu等の金属が用いられる。第2接続部32bは、第3層と、第4層と、を含むことができる。第3層は、第4層と第2発光部電極15との間に設けられる。すなわち、第3層は第2発光部電極15に接する。第3層は、例えばシード層であり、第4層は、例えばメッキ層である。第3層は、第1層と同層であり、第3層には、第1層に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。第4層は第2層と同層であり、第4層には、第2層に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。第3層の面積は、第2発光部電極15の面積と同等か、第2発光部電極15の面積以下とすることができる。第4層の面積は、例えば、250μm×350μmとすることができる。第3層の厚さは、例えば約1μmとすることができる。第4層の厚さは、例えば10μmとすることができる。
【0097】
ただし、第1〜第4層の面積、形状及び厚さは任意である。また、第1接続部32a及び第2接続部32bは、単層の薄膜でも良く、上記のように、積層膜でも良い。また、第1接続部32aは、第1層及び第2層に積層された他の層をさらに有しても良い。また、第2接続部32bは、第3層及び第4層に積層された他の層をさらに有しても良い。
【0098】
第1柱部31aには、例えばCu等の金属を用いることができる。第1柱部31aのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmとされる。第1柱部31aの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、例えば60μm程度とされる。第1接続部32aによって、第1発光部電極14と第1柱部31aとが電気的に接続される。
【0099】
第2柱部31bには、例えばCu等の金属を用いることができる。第2柱部31bのX−Y平面で切断したときの断面は、例えば、200μm×150μmとされる。第2柱部31bの厚さ(Z軸方向に沿った長さ)は、例えば60μm程度とされる。第2接続部32bによって、第2発光部電極15と第2柱部31bとが電気的に接続される。
【0100】
第1柱部31a及び第2柱部31bに用いられる材料、断面の形状、断面積及び厚さは上記に限らず任意である。
【0101】
封止部50には、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。封止部50の厚さは、第1柱部31a及び第2柱部31bの厚さと同程度であり、例えば、60μm程度である。封止部50は、第1導電部30aの第1端面31ae、及び、第2導電部30bの第2端面31beを露出しつつ、第1導電部30aの側面(第1柱部31aの側面及び第1接続部32aの側面)、及び、第2導電部30bの側面(第2柱部31bの側面及び第2接続部32bの側面)を覆う。封止部50は、さらに、第1接続部32a及び第2接続部32bの半導体積層体10とは反対側の面を覆うことができる。さらに、封止部50は、半導体積層体10の第2主面10aの側の全体を覆うことができる。
【0102】
以下、半導体発光装置110の製造方法の例について説明する。
図4(a)〜図4(e)、図5(a)〜図5(e)、及び、図6(a)〜図6(e)は、実施形態に係る光源装置に用いられる半導体発光装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図2(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。ただし、上下が反転して描かれている。
本製造方法は、複数の半導体発光装置110をウェーハレベルで一括して製造する方法である。
【0103】
図4(a)に表したように、半導体積層体10が形成された基板10sが用いられる。なお、基板10sには、例えばサファイア基板が用いられる。基板10sのサイズは、例えば直径が4インチであり、基板10sの厚さは、例えば500μm程度である。なお、半導体積層体10の形成方法は、例えば以下である。すなわち、基板10s上に、窒化物半導体の、第1半導体層11となる結晶膜、発光層13となる結晶膜、及び、第2半導体層12となる結晶膜が、エピタキシャル成長され、これらの結晶膜が、例えばRIE(Reactive Ion Etching)処理によりエッチングされ、第2主面10aの側に第1半導体層11の一部を露出させる。さらに、これらの結晶膜が、例えばRIE処理により加工され、個別化され、複数の半導体積層体10が形成される。
【0104】
次に、図4(b)に表したように、半導体積層体10の第2主面10aに、第1発光部電極14及び第2発光部電極15となる膜を形成し、所定の形状にこの膜を加工し、第1発光部電極14及び第2発光部電極15を形成する。さらに、保護層18を形成する。なお、図2(b)においては、煩雑さを避けるために、保護層18は図示されていない。
【0105】
具体的には、例えば、半導体積層体10の第2主面10aに、コンタクト電極層となる膜を形成する。すなわち、厚さが0.1μmのNi膜を形成し、その上に厚さが0.1μmのAu膜を形成する。これにより、コンタクト電極層となる膜が形成される。Ni膜及びAu膜の形成には例えばスパッタ法を用いることができる。さらに、このAu膜の上に、反射層となる層が形成される。すなわち、反射層として、Ag及びAlの少なくともいずれかを含む、例えば厚さが0.3μmの膜が形成される。この場合にもスパッタ法を用いることができる。これにより、反射層となる膜が形成される。
【0106】
さらに、反射層となる膜の上に、第1発光部電極14及び第2発光部電極15の導電層となる導電膜が形成される。すなわち、反射層となる膜の上に、例えば0.1μmのNi膜を形成し、その上に厚さが0.1μmのAu膜を形成する。このNi膜及びAu膜の形成にも、例えばスパッタ法を用いることができる。
【0107】
上記のコンタクト電極層となる膜、反射層となる膜、第1発光部電極14及び第2発光部電極15導電層となる導電膜を所定の形状に加工する。これにより、第1発光部電極14及び第2発光部電極15が形成される。なお、上記の各膜の加工には、例えばリフトオフ法などの任意の方法を用いることができる。なお、コンタクト電極層、反射層、及び、第1発光部電極14の導電層は、互いに異なるパターン形状を有することができる。また、コンタクト電極層、反射層、及び、第2発光部電極15の導電層は、互いに異なるパターン形状を有することができる。
【0108】
さらに、第1発光部電極14の少なくとも一部を除く領域、及び、第2発光部電極15の少なくとも一部を除く領域に、保護層18となる、例えば、厚さが0.3μmのSiO2膜を例えばCVD法により形成し、例えばドライエッチングやウエットエッチングによって加工し、保護層18を形成する。
【0109】
次に、図4(c)に表したように、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20を形成する。この絶縁層20は、第1発光部電極14の少なくとも一部を除く領域、及び、第2発光部電極15の少なくとも一部を除く領域に形成される。なお、本具体例では、絶縁層20は、複数の半導体積層体10どうしの間にも設けられる。
【0110】
絶縁層20には、例えばポリイミドやPBO(ポリベンゾオキサゾール)が用いられる。すなわち、例えば、半導体積層体10の第2主面10aの全面に、絶縁層20となるポリイミド膜を形成し、例えばマスクを用いた露光と、現像と、を行うことにより、選択的に絶縁層20を形成する。加工された絶縁層20は、必要に応じてベーキングされる。
【0111】
そして、この後、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜を形成する。この導電膜は、第2導電部30bの少なくとも一部となることもできる。さらに、この導電膜は、絶縁層20に覆われていない第1発光部電極14の少なくとも一部と、絶縁層20に覆われていない第2発光部電極15の少なくとも一部と、を覆うように、形成されることができる。具体的には以下の処理が行われる。
【0112】
すなわち、図4(d)に表したように、例えば、基板10sの第2主面10aの側の全面に、第1接続部32aの第1層、及び、第2接続部32bの第3層、となるシード層33を形成する。シード層33は、例えば、蒸着法やスパッタ法などの物理的被着法により形成される。シード層33は、後述するメッキ工程における給電層として機能する。シード層33には、例えば、Ti膜とCu膜との積層膜を用いることができる。なお、シード層33のTi層により、Cu膜と、レジストやパッド(第1発光部電極14及び第2発光部電極15)と、の密着強度を高めることができる。Ti層の厚さは、例えば0.2μm程度とされる。一方、シード層33のCu膜は、主に給電に寄与する。Cu膜の厚さは、0.2μm以上とすることが望ましい。
【0113】
次に、図4(e)に表したように、第1接続部32aに対応する領域、及び、第2接続部32bに対応する領域以外の領域に、第1レジスト層37を形成する。第1レジスト層37には、例えば、感光性の液状レジストやドライフィルムレジストを用いることができる。第1レジスト層37は、まず、第1レジスト層37となる膜を形成した後に、所定の開口部を有する遮光マスクを用いた露光と、現像と、を実施することにより形成される。なお、必要に応じて第1レジスト層37はベーキングされる。
【0114】
次に、図5(a)に表したように、第1レジスト層37が設けられていない領域に、第1接続部32aの第2層、及び、第2接続部32bの第4層、となる接続部導電膜32fを形成する。接続部導電膜32fは、例えば、電気メッキ法により形成される。電気メッキ法においては、例えば、硫酸銅と硫酸とからなるメッキ液中に、上記の被加工体が設けられた基板10sを浸漬し、シード層33と直流電源の負極とを接続し、基板10sの被メッキ面と対向するように設置したアノードとなるCu板と直流電源の陽極とを接続する。そして、負極と陽極との間に電流を通電し、Cuのメッキを行う。メッキ工程において、メッキ膜の厚さは時間の経過と共に増加し、メッキ膜の厚さが必要な厚さに達したときに通電が停止されてメッキが完了する。これにより、メッキ膜からなる接続部導電膜32fが、第1レジスト層37の開口部に形成される。
【0115】
第1発光部電極14に対応する位置のシード層33(第1層)と、第1発光部電極14に対応する位置の接続部導電膜32f(第2層)と、が第1接続部32aとなる。第2発光部電極15に対応する位置のシード層33(第3層)と、第2発光部電極15に対応する位置の接続部導電膜32f(第4層)と、が第2接続部32bとなる。
【0116】
第1接続部32aが、第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に形成された、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜に相当する。そして、本具体例では、この導電膜となるシード層33及び接続部導電膜32fは、第2導電部30bの少なくとも一部となる導電膜にもなる。さらに、この導電膜となるシード層33及び接続部導電膜32fは、絶縁層20に覆われていない第1発光部電極14の少なくとも一部と、絶縁層20に覆われていない第2発光部電極15の少なくとも一部と、を覆うように形成されている。
【0117】
この後、第1接続部32a(第2半導体層12の第2主面10aの側の一部12pを覆う絶縁層20の上に形成された、第1導電部30aの少なくとも一部となる導電膜)の上に、第1柱部31aを形成する。具体的には、例えば以下の処理が行われる。
【0118】
図5(b)に表したように、第1柱部31aに対応する領域、及び、第2柱部31bに対応する領域以外の領域に第2レジスト層38を形成する。第2レジスト層38に用いられる材料、及び、第2レジスト層38の形成には、第1レジスト層37に関して説明した材料及び方法を採用することができる。
【0119】
次に、図5(c)に表したように、第2レジスト層38が設けられていない領域に、第1柱部31a及び第2柱部31bとなる柱部導電膜31fを形成する。柱部導電膜31fも、例えば、電気メッキ法により形成される。柱部導電膜31fの形成には、接続部導電膜32fの形成に関して説明した材料及び方法を適用することができる。第1接続部32aに接続される部分の柱部導電膜31fが第1柱部31aとなり、第2接続部32bに接続される部分の柱部導電膜31fが第2柱部31bとなる。
【0120】
次に、図5(d)に表したように、第1レジスト層37及び第2レジスト層38を除去する。さらに、露出したシード層33を、例えば、酸洗浄により除去する。なお、接続部導電膜32fに覆われているシード層33は、第1層及び第3層として残存し、それぞれ第1接続部32a及び第2接続部32bに含まれる。
【0121】
次に、図5(e)に表したように、基板10sの第2主面10aの側の面に、封止部50となる樹脂層50fを形成する。樹脂層50fには、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。例えば、印刷等の手法によって、第1柱部31a及び第2柱部31bが埋没する程度の厚さで、基板10sの第2主面10aの側の面に樹脂層50fとなる膜を形成し、加熱して硬化させ樹脂層50fを形成する。樹脂層50fの硬化の際の加熱条件は、例えば、150℃程度で2時間程度とされる。
【0122】
次に、図6(a)に表したように、樹脂層50fの表面を研削し、第1柱部31a及び第2柱部31bを露出させる。これにより、封止部50が形成される。なお、この研削において、樹脂層50fの研削と共に、第1柱部31aの一部と、第2柱部31bの一部と、を研削することができ、これにより、第1柱部31aの第1端面31ae、及び、第2柱部31bの第2端面31beは、封止部50の第2主面10aとは反対の側の面を含む面内に配置される。
【0123】
なお、上記の研削には、例えば、回転研磨ホイールを用いることができる。回転研削によって、平坦性を確保しながら研削を実施することができる。なお、研削後に、必要に応じて、乾燥が行われる。
【0124】
次に、図6(b)に表したように、半導体積層体10から基板10sを除去する。すなわち、例えば、基板10sの半導体積層体10とは反対側の面から、基板10sを介して、半導体積層体10に含まれる層(例えばGaN層)にレーザ光を照射し、この層の少なくとも一部を分解することで、半導体積層体10から基板10sを分離する。このレーザ光には、例えば、GaNの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有するレーザ光を用いることができる。例えば、Nd:YAGの三倍高調波レーザを用いることができる。ただし、用いられるレーザ光は任意である。
【0125】
次に、図6(c)に表したように、本具体例では、半導体積層体10の第1主面10bに、光学層60の一部となる透光部62を形成する。すなわち、半導体積層体10の第1主面10bに、例えば、液状の透明樹脂層を印刷等によって塗布し、所定の形状を有する型をこの透明樹脂層に押し付け、透明樹脂層を所定の形状に変形させた後に、型を離型し、必要に応じて加熱及び紫外線照射の少なくともいずれかの処理を施して硬化させ、透光部62を形成する。この方法を採用することにより、所望の形状を有する型を用いることで任意の形状を有する透光部62を容易に形成することができる。
【0126】
次に、図6(d)に表したように、透光部62を覆うように蛍光体層61となる蛍光体膜61fを形成する。蛍光体膜61fは、例えば、蛍光体の粒子と、シリコーン樹脂と、が混合された樹脂材料を、透光部62を覆うように、スピンコートまたは印刷により塗布し、その後、樹脂材料を加熱硬化して形成される。この樹脂材料には、例えば、150℃で1時間の加熱により硬化する材料が用いられる。
【0127】
そして、図6(e)に表したように、封止部50となる樹脂層50f、及び、蛍光体層61となる蛍光体膜61fを切断し、複数の半導体積層体10のそれぞれを分離する。これにより、複数の半導体発光装置110が一括して製造できる。なお、上記の切断には、例えばダイサによるダイシング法を採用することができる。
【0128】
上記の製造方法においては、ウェーハレベルで一括して、電極、封止部及び光学層を形成することができ、生産性が高い。また、ウェーハレベルでの検査も可能となる。これにより生産性高く半導体発光装置を製造できる。また、リードフレーム、導電性基板及びボンディングワイヤなどのような部材を必要としないため、小型化が容易にできる。また、低コスト化も可能になる。
【0129】
なお、図6(b)に関して説明した、半導体積層体10から基板10sを分離する工程において、絶縁層20となる膜に高い温度が加わる場合があることがある。すなわち、基板10sの半導体積層体10とは反対側の面から、基板10sを介して、半導体積層体10にレーザ光を照射する際に、絶縁層20となる膜が加熱されることがある。このときの加熱による絶縁層20となる膜の劣化を抑制するために、絶縁層20となる膜には、耐熱性の高い材料を用いることが望ましい。
【0130】
例えば、絶縁層20には、封止部50に用いられる樹脂よりも耐熱性が高い樹脂を用いることが、より望ましい。すなわち、絶縁層20の熱分解温度は、封止部50の熱分解温度よりも高いことが、より望ましい。例えば、絶縁層20には、熱分解温度が380℃程度以上のポリイミドを用いることができ、封止部50には、例えば、熱分解温度が280℃以上300℃以下程度のエポキシ樹脂を用いることができる。なお、熱分解温度は、例えば、加熱によって重量が一定の割合(例えば5パーセント)で減少するときの温度を採用することができる。
【0131】
また、絶縁層20となる膜がフィラーを含んだ場合においては、絶縁層20となる膜に加わる高温によってフィラーに起因した不良が発生することがある。この不良を抑制するため、絶縁層20に含まれるフィラーの含有率は、封止部50に含まれるフィラーの含有率よりも低く設定されることが望ましい。例えば、絶縁層20には、実質的にフィラーを含まないポリイミドを用いることができる。
【0132】
次に、実装基板250の製造方法の例について説明する。
図7(a)〜図7(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる実装基板の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0133】
図7(a)に表したように、基体201の表面に、第1基板電極210a及び第2基板電極210bとなる基板電極用導電層210fを形成する。基板電極用導電層210fには、例えば銅箔が用いられる。すなわち、基体201の表面に、例えば、銅箔を貼り付ける。
【0134】
次に、図7(b)に表したように、基板電極用導電層210fをパターニングして第1基板電極210a及び第2基板電極210bを形成する。すなわち、例えば、基板電極用導電層210fの上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜を現像してパターニングし、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにして、基板電極用導電層210fをエッチングする。そして、例えばアッシング法などにより、フォトレジスト膜を除去する。
【0135】
次に、図7(c)に表したように、基体201、並びに、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、実装基板絶縁層220となる絶縁材料を、例えばスピンコート法などにより塗布し、所定の形状に加工する。これにより、第1基板電極210aの第1接続材230aと接続される部分を露出しつつ、第2基板電極210bの第2接続材230bと接続される部分を露出する実装基板絶縁層220が形成される。
これにより、実装基板250が作製される。
【0136】
次に、光源装置310の製造方法の例について説明する。
図8(a)及び図8(b)は、実施形態に係る光源装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0137】
図8(a)に表したように、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、第1接続材230a及び第2接続材230bをそれぞれ形成する。
すなわち、第1基板電極210a及び第2基板電極210bの上に、第1接続材230a及び第2接続材230bとなるはんだ材を、例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷法により配置する。
【0138】
そして、図8(b)に表したように、マウンタにより、実装基板250の上に半導体発光装置110を載置する。このとき、第1導電部30aと第1接続材230aとを対向させ、第2導電部30bと第2接続材230bとを対向させる。この状態で第1接続材230a及び第2接続材230bを溶融し固化させる。これにより、第1導電部30aと第1基板電極210aとが第1接続材230aによって接合され、第2導電部30b第2基板電極210bとが第2接続材230bによって接合される。
これにより、光源装置310が製造される。
【0139】
図9(a)〜図9(c)、及び、図10(a)〜図10(c)は、実施形態に係る光源装置に用いられる別の半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、これらの図は、図2(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
【0140】
図9(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110aにおいては、透光部62が凸レンズの形状を有している。
【0141】
さらに、透光部62の厚さが一定であっても良い。すなわち、透光部62は、レンズ作用を有する他、半導体積層体10の温度上昇を抑制する作用を有することもできる。すなわち、蛍光体層61においては、波長変換の際に一部のエネルギーが吸収され発熱するが、透光部62を蛍光体層61と半導体積層体10との間に設けることで、蛍光体層61を半導体積層体10から離すことができ、半導体積層体10の温度の上昇を抑制できる。
このように、透光部62の形状は任意である。
【0142】
図9(b)に表したように、別の半導体発光装置110bにおいては、光学層60には、蛍光体層61が設けられているが、透光部62が設けられていない。このように、透光部62は、必要に応じて設けられる。
【0143】
図9(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110cにおいては、光学層60は、蛍光体を含む蛍光体層61と、蛍光体層61の半導体積層体10とは反対側に設けられた硬質膜63と、を有する。硬質膜63は、蛍光体層61の硬度よりも高い硬度を有する。硬質膜63は透光性を有する。硬質膜63には、例えば硬度の高いシリコーン樹脂を用いることができる。硬質膜63の形成には、例えば、スピンコート法または印刷法を採用できる。また、硬質膜63には、例えば窒化シリコンや酸化シリコンなどを用いることができる。この場合には、硬質膜63は、例えばスパッタなどの方法によって形成される。ただし、硬質膜63の材料及び形成方法は任意である。
【0144】
硬質膜63を設けることで、半導体発光装置110cの発光面(光学層60の側の面)において高い硬度が得られるため、例えば、半導体発光装置110cのハンドリングが容易になる。
【0145】
例えば、蛍光体層61に用いられるシリコーン樹脂の硬度が低い場合において、光学層60の最表面(半導体積層体10から最も離れた面)に蛍光体層61が露出していると、例えば、半導体発光装置をコレットでピックアップする際に、蛍光体層61がコレットに密着し適切な実装が行われ難い場合がある。このとき、蛍光体層61よりも硬度が高い硬質膜63を蛍光体層61の上に設けることで、良好な実装がより実施し易くなる。
【0146】
図10(a)、図10(b)及び図10(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光装置110d、110e及び110fにおいては、第1接続部32a及び第2接続部32bが設けられていない。この場合にも、第1柱部31aと、第2半導体層12と、の間に絶縁層20が設けられ、絶縁層20を介して、第1柱部31aの一部は、第2半導体層12の一部に対向している。これにより、第1導電部30aの第1端面31aeの面積は、第1発光部電極14の面積よりも大きくできる。半導体発光装置110d、110e及び110fによっても電極の接続性を高く維持し、小型化に適した半導体発光装置が提供できる。
【0147】
なお、図10(a)に例示した半導体発光装置110dにおいては、透光部62は、凸レンズの形状を有しているが、半導体発光装置110のように、透光部62の形状を凹レンズの形状としても良い。また、透光部62の厚さは一定としても良い。
【0148】
なお、図10(b)に例示した半導体発光装置110eは、透光部62が省略される例であり、図10(c)に例示した半導体発光装置110fは、図9(c)に関して説明した硬質膜63が設けられる例である。
【0149】
図11は、実施形態に係る別の光源装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。
図11に表したように、本実施形態に係る別の光源装置311においては、実装基板250の基体201は、絶縁基板部202と、金属基板部203と、を含む。
【0150】
絶縁基板部202の上に、第1基板電極210a及び第2基板電極210bが設けられる。
金属基板部203は、絶縁基板部202の第1基板電極210a及び第2基板電極210bとは反対の側において、絶縁基板部202に積層される。
【0151】
基体201の絶縁基板部202の裏面に、導電性の高い金属基板部203を設けることで、基体201における熱の広がりが助長され、放熱性がより向上する。
【0152】
赤色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる赤色の蛍光体は、これに限定されない。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+ 。
【0153】
緑色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる緑色の蛍光体は、これに限定されない。
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce 。
【0154】
青色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる青色の蛍光体はこれに限定されない。
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu 。
【0155】
黄色の蛍光体として例えば以下が挙げられる。ただし、実施形態に用いられる黄色の蛍光体はこれに限定されない。
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+ 。
【0156】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa1−x−y−zN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成比x、y及びzをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、N(窒素)以外のV族元素もさらに含むものや、導電形などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれか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。
【0157】
以上説明したように、実施形態によれば、小型半導体発光装置を用いた放熱性が高い光源装置を提供することができる。
【0158】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【0159】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施の形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光部に含まれる半導体層、発光層、基板電極、導電層、反射層及びコンタクト電極層、並びに、半導体発光装置に含まれる導電部、柱部、接続部、絶縁層、封止部、封止層、光学層、波長変換部、蛍光体層、蛍光体、透光部及び硬質膜、実装基板に含まれる基体及び基板電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0160】
その他、本発明の実施の形態として上述した光源装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光源装置も、本発明の実施の形態の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0161】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0162】
10…半導体積層体、 10a…第2主面、 10b…第1主面、 10d…発光部、 10s…基板、 11…第1半導体層、 12…第2半導体層、 12p…一部、 13…発光層、 14…第1発光部電極、 15…第2発光部電極、 18…保護層、 20…絶縁層、 20o1、20o2…第1及び第2開口部、 30a…第1導電部、 30b…第2導電部、 31a…第1柱部、 31ae…第1端面、 31b…第2柱部、 31be…第2端面、 31f…柱部導電膜、 32a…第1接続部、 32b…第2接続部、 32f…接続部導電膜、 33…シード層、 37…第1レジスト層、 38…第2レジスト層、 50…封止部、 50f…樹脂層、 60…光学層、 61…蛍光体層(波長変換部)、 61f…蛍光体膜、 62…透光部、 63…硬質膜、 110、110a〜110f…半導体発光装置、 201…基体、 202…絶縁基板部、 203…金属基板部、 210a、210b…第1及び第2基板電極、 210f…基板電極用導電層、 220…実装基板絶縁層、 230a、230b…第1及び第2接続材、 250…実装基板、 310、311…光源装置、 L…長さ、 Sa…基板電極面積、 Tj…接合部温度、 W…長さ、 t1、t2…厚さ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む半導体発光装置と、
基体と、前記基体の前記半導体発光装置に対向する面上に設けられた第1基板電極及び第2基板電極と、を含む実装基板と、
前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続する第1接続材と、
前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続する第2接続材と、
を備え、
前記発光部は、
第1導電形の第1半導体層と、第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を含み、前記第1半導体層の側の第1主面と前記第2半導体層の側の第2主面とを有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第2主面において前記第1半導体層の一部が露出した半導体積層体と、
前記第2主面の側において前記第1半導体層に電気的に接続された第1発光部電極と、
前記第2主面の側において前記第2半導体層に電気的に接続された第2発光部電極と、
を含み、
前記第1導電部は、前記第1発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第1柱部を含み、
前記第2導電部は、前記第2発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第2柱部を含み、
前記封止部は、前記第1導電部の側面及び前記第2導電部の側面を覆い、
前記光学層は、前記半導体積層体の前記第1主面に設けられた光学層であって、前記発光層から放出された発光光を吸収し、前記発光光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換部を含み、
前記第2基板電極の面積は、前記第2柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上であって、前記第1基板電極及び前記第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じであることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記第1柱部の前記半導体積層体とは反対側の第1端面の面積と、前記第2柱部の前記半導体層とは反対側の第2端面の面積と、は同じであることを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記第1発光部電極の面積は、前記第2発光部電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1または2記載の光源装置。
【請求項4】
前記第1導電部は、前記第1発光部電極と前記第1柱部とを電気的に接続する第1接続部をさらに含み、
前記半導体発光装置は、前記第2半導体層の前記第2主面の側の一部と、前記第1接続部と、の間に設けられた絶縁層をさらに含み、
前記第1接続部及び前記第1柱部は、前記第2半導体層の前記第2主面の側の前記一部を前記絶縁層を介して覆うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項5】
前記第1基板電極の面積は、前記第1柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項6】
前記第1導電部及び前記第2導電部の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項7】
前記半導体発光装置は、複数設けられ、
前記第1接続部材は、複数設けられ、前記複数の第1接続部材のそれぞれは、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続し、
前記第2接続部材は、複数設けられ、前記複数の第2接続部材のそれぞれは、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続し、
前記第2基板電極の面積は、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第2柱部の前記断面積の合計の100倍以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項8】
前記実装基板は、前記第1基板電極の前記第1接続材と接続される部分を除いた部分の上、及び、前記第2基板電極の前記第2接続材と接続される部分を除いた部分の上に設けられた実装基板絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項9】
前記基体は、前記第1基板電極及び前記第2基板電極が設けられる絶縁基板部と、
前記絶縁基板部の前記第1基板電極及び前記第2基板電極とは反対の側において、前記絶縁基板部に積層された金属基板部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの光源装置。
【請求項1】
発光部と、第1導電部と、第2導電部と、封止部と、光学層と、を含む半導体発光装置と、
基体と、前記基体の前記半導体発光装置に対向する面上に設けられた第1基板電極及び第2基板電極と、を含む実装基板と、
前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続する第1接続材と、
前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続する第2接続材と、
を備え、
前記発光部は、
第1導電形の第1半導体層と、第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を含み、前記第1半導体層の側の第1主面と前記第2半導体層の側の第2主面とを有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第2主面において前記第1半導体層の一部が露出した半導体積層体と、
前記第2主面の側において前記第1半導体層に電気的に接続された第1発光部電極と、
前記第2主面の側において前記第2半導体層に電気的に接続された第2発光部電極と、
を含み、
前記第1導電部は、前記第1発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第1柱部を含み、
前記第2導電部は、前記第2発光部電極に電気的に接続され、前記第2主面の上に立設された第2柱部を含み、
前記封止部は、前記第1導電部の側面及び前記第2導電部の側面を覆い、
前記光学層は、前記半導体積層体の前記第1主面に設けられた光学層であって、前記発光層から放出された発光光を吸収し、前記発光光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換部を含み、
前記第2基板電極の面積は、前記第2柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上であって、前記第1基板電極及び前記第2基板電極の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じであることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記第1柱部の前記半導体積層体とは反対側の第1端面の面積と、前記第2柱部の前記半導体層とは反対側の第2端面の面積と、は同じであることを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記第1発光部電極の面積は、前記第2発光部電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1または2記載の光源装置。
【請求項4】
前記第1導電部は、前記第1発光部電極と前記第1柱部とを電気的に接続する第1接続部をさらに含み、
前記半導体発光装置は、前記第2半導体層の前記第2主面の側の一部と、前記第1接続部と、の間に設けられた絶縁層をさらに含み、
前記第1接続部及び前記第1柱部は、前記第2半導体層の前記第2主面の側の前記一部を前記絶縁層を介して覆うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項5】
前記第1基板電極の面積は、前記第1柱部の前記第2主面に対して平行な平面で切断した断面積の100倍以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項6】
前記第1導電部及び前記第2導電部の平面形状の縦の長さと横の長さとが同じであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項7】
前記半導体発光装置は、複数設けられ、
前記第1接続部材は、複数設けられ、前記複数の第1接続部材のそれぞれは、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第1導電部と前記第1基板電極とを電気的に接続し、
前記第2接続部材は、複数設けられ、前記複数の第2接続部材のそれぞれは、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第2導電部と前記第2基板電極とを電気的に接続し、
前記第2基板電極の面積は、前記複数の半導体発光装置のそれぞれの前記第2柱部の前記断面積の合計の100倍以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項8】
前記実装基板は、前記第1基板電極の前記第1接続材と接続される部分を除いた部分の上、及び、前記第2基板電極の前記第2接続材と接続される部分を除いた部分の上に設けられた実装基板絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の光源装置。
【請求項9】
前記基体は、前記第1基板電極及び前記第2基板電極が設けられる絶縁基板部と、
前記絶縁基板部の前記第1基板電極及び前記第2基板電極とは反対の側において、前記絶縁基板部に積層された金属基板部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの光源装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−77852(P2013−77852A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2013−16224(P2013−16224)
【出願日】平成25年1月30日(2013.1.30)
【分割の表示】特願2010−130520(P2010−130520)の分割
【原出願日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成25年1月30日(2013.1.30)
【分割の表示】特願2010−130520(P2010−130520)の分割
【原出願日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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