CN105990497A - 半导体发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供一种有效率地提取光的半导体发光装置。根据实施方式，半导体发光装置包括：封装体，包含第一凹部及第二凹部，该第二凹部设置在所述第一凹部且包含底部；芯片，包含支撑衬底及设置在所述支撑衬底上的发光部，且配置在所述底部；以及荧光体层，设置在所述芯片上。

Description

半导体发光装置

[相关申请案]

本申请案享受以日本专利申请案2014-187916号(申请日：2014年9月16日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种半导体发光装置。

背景技术

将低成本的硅衬底用于支撑衬底的LED(light-emitting diode，发光二极管)芯片对大型化有利，但担心由于硅衬底的光吸收，而封装体的光提取效率降低。

发明内容

本发明的实施方式提供一种有效率地提取光的半导体发光装置。

根据实施方式，半导体发光装置包括：封装体，包含第一凹部及第二凹部，该第二凹部设置在所述第一凹部且包含底部；芯片，包含支撑衬底及设置在所述支撑衬底上的发光部，且配置在所述底部；以及荧光体层，设置在所述芯片上。

附图说明

图1(a)是实施方式的半导体发光装置的示意剖视图，图1(b)是实施方式的半导体发光装置的示意俯视图。

图2是实施方式的芯片的示意剖视图。

图3(a)以及(b)是其他实施方式的半导体发光装置的示意剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。此外，在各附图中，对相同要素标注相同符号。

图1(a)是实施方式的半导体发光装置的示意剖视图。

图1(b)是实施方式的半导体发光装置的示意俯视图。图1(b)对应于图1(a)中的沿A-A箭头方向观察的图。此外，在图1(b)中，省略了图1(a)所示的透明树脂60的图示。

实施方式的半导体发光装置具有封装体11、收纳在封装体11中的芯片20、设置在芯片20上的荧光体层50、以及将芯片20密封的透明树脂60。

封装体11具有基底部15、第一侧部(反射器)13、以及第二侧部(外周壁)14。封装体11为树脂的成形体，基底部15、第二侧部14、以及第一侧部13一体地设置。

基底部15扩展为包含安装在电路衬底等的背面15a的板状。第二侧部14以及第一侧部13向基底部15的背面15a的相反侧突出。第二侧部14形成封装体11的侧面，且如图1(b)所示形成为框状。第一侧部13设置在第二侧部14的内侧。

在第一侧部13的内侧，设置着底部12。第一侧部13连续包围底部12的周围。在第二侧部14的上表面与第一侧部13的上表面之间形成着阶差，在第一侧部13的上表面与底部12之间形成着阶差。即，封装体11具有第一凹部81与第二凹部82，该第二凹部82设置在该第一凹部81且具有底部12。

底部12形成在背面15a的相反侧。第一侧部13的上表面的高度高于底部12的高度，第二侧部14的上表面的高度高于第一侧部13的上表面的高度。此处的高度表示以封装体11的背面15a为基准的高度。

芯片20具有支撑衬底40与设置在支撑衬底40上的发光部30。支撑衬底40例如为硅衬底。通过使用硅衬底，可抑制成本并实现大型化。

图2是芯片20的示意剖视图。

发光部30具有半导体层70。半导体层70例如包含氮化镓。半导体层70具有第一层71、第二层72、以及设置在第一层71与第二层72之间的发光层(活性层)73。

第一层71例如包含基底缓冲层、n型GaN层。第二层72例如包含p型GaN层。发光层73包含发出蓝色光、紫色光、蓝紫色光、紫外光等的材料。发光层73的发光峰值波长例如为430～470nm。

第一层71具有粗面71a。半导体层70在粗面71a的相反侧，具有无第二层72以及发光层73的区域。在该区域，第一电极(n侧电极)34与第一层71接触而设置。在第二层72的表面，设置着第二电极(p侧电极)35。

在粗面71a的相反侧，设置着金属层32。金属层32与第一电极34连接。在金属层32与第二电极35之间，设置着绝缘膜33。绝缘膜33也设置在第一电极34与发光层73之间、第一电极34与第二层72之间、金属层32与发光层73之间、以及金属层32与第二层72之间。

第二电极35的一部分35a向比半导体层70的侧面更外侧延伸，且设置在绝缘膜33上。在该第二电极35的一部分35a上，设置着焊垫36。

金属层32设置在支撑衬底40上。在支撑衬底40上设置着金属层32，在金属层32上隔着绝缘膜33设置着半导体层70。在半导体层70的第二层72与绝缘膜33之间，设置着第二电极35。

金属层32的一部分32a向半导体层70侧突出。在该金属层32的一部分32a与第一层71之间，设置着第一电极34。

半导体层70在未图示的成长衬底上外延成长。成长衬底例如为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底等。在成长衬底上，第一层71、发光层73、以及第二层72依序外延成长。然后，利用使用未图示的遮罩的RIE(Reactive Ion Etching，反应式离子蚀刻)法，将第二层72以及发光层73选择性地去除。

在将第二层72以及发光层73去除的部分，设置第一电极(n侧电极)34。在第二层72的表面，设置第二电极(p侧电极)35。

成长衬底是将包含半导体层70、电极34、35、绝缘膜33、以及金属层32的发光部30贴附在支撑衬底40的后去除。金属层32的背面接合在支撑衬底40。

将发光部30贴附在支撑衬底40，将成长衬底自半导体层70去除之后，第一层71的表面被粗面化。

如图1所示，在芯片20上设置着荧光体层50。

荧光体层50包含树脂与分散在该树脂中的多个粒子状的荧光体。荧光体由发光层73的放射光而激发，放射与发光层73的放射光不同的波长的光。分散着多个荧光体的树脂相对于发光层73的放射光以及荧光体的放射光为透明。此处所谓“透明”，并不限定于光的透过率为100％，也包含吸收光的一部分的情形。荧光体层50的树脂例如可使用硅酮树脂。

荧光体层50在封装体11的底部12上的区域100内重叠在芯片20上。底部12上的区域100表示比自底部12的端(第一侧部13与底部12的交界)相对于底部12垂直地向上方延伸的延长线(假想线)a更内侧的区域。荧光体层50未设置在重叠在比该延长线a更外侧的第一侧部13的上表面上的区域。

即，在图1(b)的俯视时，荧光体层50未伸出至重叠在第一侧部13的上表面上的区域，而是收纳在通过第一侧部13框状地包围的区域100内。该区域100为配置着芯片20的区域，荧光体层50收纳在重叠在芯片20上的区域内。此外，荧光体层50自支撑衬底40的上表面稍微伸出，且覆盖自支撑衬底40的上表面连续的支撑衬底40的侧面的一部分的情形也包含在荧光体层50收纳在重叠在芯片20的上的区域内的表达。荧光体层50覆盖发光部30的上表面以及侧面。

支撑衬底40的厚度比发光部30的厚度更厚。荧光体层50的厚度比芯片20的厚度更薄。

封装体11具有由第二侧部14包围的第一凹部81。进而，在该第一凹部81的底，形成着由第一侧部13包围的第二凹部82，在该第二凹部82的底设置着配置着芯片20的底部12。在封装体11的第一凹部81以及第二凹部82设置着透明树脂60。

透明树脂60相对于发光层73的放射光以及荧光体的放射光为透明。透明树脂60例如为硅酮树脂。透明树脂60不包含荧光体粒子。也可在透明树脂60中分散着光散射材。

通过将自芯片20以及荧光体放射的光引导至向比配置着芯片20的区域更外侧扩展而设置的第一凹部81内的透明树脂60，可实现广泛的配光特性。又，以第二侧部14的上表面与内壁形成钝角的方式，第二侧部14的内壁倾斜，且在该第二侧部14的内壁使光反射，可在更广泛的范围提取光。

透明树脂60覆盖芯片20以及荧光体层50。在第一侧部13与芯片20之间，也设置着透明树脂60。

实施方式的半导体发光装置具有光释放至封装体外的上表面(与空气的交界面)平坦的所谓平坦封装体构造。透明树脂60的上表面60a未形成为凸透镜状，而沿着支撑衬底40的面方向，为实质上平坦的非透镜面。

透明树脂60例如在具有流动性的状态(液状的状态)下供给至封装体11内之后，被硬化。通过此时的硬化收缩，也有透明树脂60的上表面60a稍微凹陷的情形。此种非有意的、制造上的形状变形也包含在透明树脂60的上表面60a实质上平坦的概念。

平坦封装体构造的半导体发光装置提高利用吸嘴吸引平坦的上表面而安装在电路衬底等时的安装性。又，平坦封装体构造的半导体发光装置抑制高度而为小型。

图2所示的第二电极35经由接合在焊垫36的未图示的导线，而与外部电路电性连接。第一电极34经由金属层32以及导电性的支撑衬底(硅衬底)40，而与外部电路电性连接。

将电流通过第一电极34与第二电极35供给至发光层73，而发光层73发光。自发光层73放射的光入射至荧光体层50，一部分的光激发荧光体，作为发光层73的光与荧光体的光的混合光例如获得白色光。

半导体层70中的与荧光体层50的界面成为粗面71a。因此，自半导体层70向荧光体层50的光的入射效率提高。

芯片20经由接合膏而安装在封装体11中的由第一侧部13包围的底部12。

如图1(b)所示，底部12的第一宽度Wbot1稍微大于芯片20的第一宽度Wchip1。底部12的第一宽度Wbot1与芯片20的第一宽度Wchip1表示相同方向的宽度。相对于底部12的第一宽度Wbot1正交的方向的第二宽度Wbot2稍微大于相对于芯片20的第一宽度Wchip1正交的方向的第二宽度Wchip2。底部12的第二宽度Wbot2与芯片20的第二宽度Wchip2表示相同方向的宽度。因此，可不与第一侧部13干涉地将芯片20安装在底部12。在第一侧部13的内壁与芯片20的侧部之间形成间隙。

第一侧部13与芯片20的侧部对向，且连续包围芯片20的侧部的周围。芯片20的侧部与第一侧部13之间的距离(所述间隙的大小)小于芯片20的厚度。芯片20的侧部包含支撑衬底40的侧部。

例如，若将芯片密封的透明树脂形成为凸透镜形状，则可抑制在透明树脂与空气的界面的反射，提高向外部(空气)的光提取效率。

相对于此，平坦封装体构造中，由于透明树脂60的上表面60a实质上平坦，所以与凸透镜构造相比，在透明树脂60的上表面60a与空气的界面光容易反射并返回至芯片20侧。进而，支撑衬底40的硅衬底吸收光。

包含第一侧部13的封装体11相对于发光层73的放射光以及荧光体的放射光具有反射性。例如，封装体11包含硅酮树脂或环氧树脂。

通过使具有此种光反射性的第一侧部13接近芯片20的侧部，而向芯片20的侧部的返回光由第一侧部13遮蔽，难以入射至芯片20的侧部。该结果为，可抑制支撑衬底(硅衬底)40中的光的吸收损失，提高向外部(空气)的光提取效率。

第一侧部13与芯片20之间隙越小，越可减少向芯片20的侧部的光入射。该间隙在不损及向封装体11内的芯片安装的作业性的范围内适当设定。

又，考虑抑制返回光向芯片侧部的入射、以及芯片安装的作业性，第一侧部13的上表面的高度较理想的是为芯片20的厚度的1/2以上且2倍以下。例如，图1所示的例中，第一侧部13的上表面的高度与芯片20的厚度为相同程度。

例如，在荧光体层设置在封装体内整体的构造中，由于荧光体分散至比芯片的侧面更外侧的区域，所以入射至硅衬底的侧面的荧光体的放射光变多。

相对于此，根据实施方式，由于将荧光体层50限制在在封装体11的底部12上的区域内重叠在芯片20上的范围内，所以可减少荧光体朝向支撑衬底40的侧部的放射光。因此，可抑制支撑衬底40中的光的吸收损失，提高提取效率。

自荧光体朝向芯片20的上表面侧的光可由发光部30的电极向上方反射，而提取至外部。

例如，图2所示的发光部30的第一电极(n侧电极)34包含铝(Al)膜，第二电极(p侧电极)35包含银(Ag)膜。铝以及银相对于发光层73放射的光以及荧光体放射的光的反射率均较高。

又，根据图1所示的实施方式，荧光体层50作为薄膜设置在芯片20上，荧光体层50的厚度比芯片20的厚度更薄。因此，荧光体被限制在接近芯片20的上表面的区域，荧光体的放射光难以朝向支撑衬底40的侧面。

图3(a)是其他实施方式的半导体发光装置的示意剖视图。

根据图3(a)的实施方式，荧光体层50在封装体11的底部12上的区域内，设置在自芯片20的上表面至封装体11的上表面为止。荧光体层50的上表面50a不由透明树脂60覆盖，而露出在封装体外部。荧光体层50的上表面50a与透明树脂60的上表面60a连续，且实质上平坦。

在图3(a)的实施方式中，也由于将荧光体层50限制在在封装体11的底部12上的区域内重叠在芯片20上的范围内，所以可减少荧光体朝向支撑衬底40的侧部的放射光。

图3(b)是又一实施方式的半导体发光装置的示意剖视图。

根据图3(b)的实施方式，将荧光体层50限制在在封装体11的底部12上的区域内重叠在芯片20上的范围内，且自芯片20离开而设置在封装体11的上表面侧。荧光体层50的上表面50a不由透明树脂60覆盖，而露出在封装体外部。荧光体层50的上表面50a与透明树脂60的上表面60a连续，且实质上平坦。

在荧光体层50与芯片20之间，设置着透明树脂60的一部分。例如，通过选择具有比荧光体层50的树脂的折射率更小的折射率的树脂，作为荧光体层50与芯片20之间的透明树脂60，可抑制透明树脂60与荧光体层50的界面中的发光部30的光的反射。

即，发光部30的光(例如蓝色光)不入射至荧光体层50，可抑制因透明树脂60向横向扩展而提取至外部所引起的色分离。

也可设为如下的封装体构造：不在封装体11的第一侧部13的上表面与第二侧部14的上表面之间形成阶差，而使第一侧部13的上表面向上方延伸至与第二侧部14的上表面相同的高度为止。在该情况下，可实现封装体尺寸的小型化。

对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以其他各种方式实施，且可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨，并且包含在权利要求书所记载的发明以及其均等的范围。

[符号的说明]

11 封装体

12 底部

13 第一侧部

20 芯片

30 发光部

40 支撑衬底

50 荧光体层

60 透明树脂

70 半导体层

73 发光层

100 封装体的底部上的区域

Claims (9)

1.一种半导体发光装置，其特征在于包括：

封装体，包含第一凹部及第二凹部，该第二凹部设置在所述第一凹部且包含底部；

芯片，包含支撑衬底及设置在所述支撑衬底上的发光部，且配置在所述底部；以及

荧光体层，设置在所述芯片上。

2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于：进而包括透明树脂，该透明树脂覆盖所述芯片，且具有沿着所述支撑衬底的面方向的上表面。

3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述第二凹部包含第一侧部，

所述芯片的侧部与所述封装体的所述第一侧部之间的距离小于所述芯片的厚度。

4.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述发光部包含：

半导体层，包含发光层；以及

电极，设置在所述半导体层。

5.根据权利要求4所述的半导体发光装置，其特征在于：所述电极包含银或铝。

6.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述荧光体层的厚度比所述芯片的厚度薄。

7.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述荧光体层的上表面自所述透明树脂露出。

8.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述透明树脂的一部分设置在所述芯片与所述荧光体层之间。

9.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于：所述支撑衬底为硅衬底。