半導體發光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種具有半導體發光元件及波長轉換構件而構成的半導體發光裝置。【背景技術】
[0002] 與現有的巧光燈、白識燈等W往的發光裝置相比，作為利用了半導體層的半導體 發光元件的發光二極管（LED)具有小型且電力效率較高、開關響應性快速等特性，且全部 由固體構成，因此具有抗振動且設備壽命較長等多個優點。
[0003] 又，LED的發光中屯、波長單一，但為了用作各種光源，如果為單一波長則其使用用 途受到限制，因此作為發射光源而要求白色光。
[0004] 例如，專利文獻1中公開有一種關于半導體發光器件的發明，該半導體發光器件 將藍色L邸與吸收其發射光而發出黃色巧光的巧光材料進行組合，混合黃色光與未被吸收 的藍色光而產生白色光。 陽0化]又，專利文獻2中公開有一種關于白色L邸燈的發明，該白色L邸燈具有放射UV光~紫色光的1次光的發光二極管忍片及分散有巧光材料層的透明樹脂層。該白色L邸燈 中規定為，如果1次光透過透明樹脂層而到達巧光材料層，巧光材料層中的巧光材料粉末 便放射藍色光、綠色光、黃色光及紅色光等光（2次光），此時混合了各色的2次光而成的光 的顏色就變成白色。
[0006] 專利文獻3中公開有一種關于半導體發光元件的發明，該半導體發光元件為半導 體發光裝置的一構成。在專利文獻3中，將微米級的凹凸圖案設置在構成L邸的基板表面， 改變發光層中的光的波導方向而提高光提取效率。此外，在專利文獻3所記載的發明中，也 使含有YAG的巧光材料與樹脂混合而形成于半導體發光元件的表面，由此能夠獲得光提取 效率較高的白色發光裝置（參照專利文獻3的[0077]欄等）。
[0007] 專利文獻4中公開有一種關于發光裝置的發明，該發光裝置在半導體發光元件的 發光露出面形成凹凸結構，并利用含有巧光體的涂覆層進行涂布，由此光提取效率較高。
[0008] 進而，專利文獻5中公開有一種半導體發光裝置，在包含發光層的層疊半導體層 上設置有出光層，該出光層由表面形成有凹凸結構的樹脂材料構成。
[0009] 又，在專利文獻6中公開有一種關于在基板上設置納米尺寸的圖案，且對該圖案 設置微米級的長周期的半導體發光元件用基材及半導體發光元件的發明。根據專利文獻6， 可抑制L邸制造時的外延生長中的晶體缺陷錯位，并提升L邸的內量子效率，且通過設置微 米級的長周期而使光提取效率也提升，其結果為，由內量子效率與光提取效率之積定義的 外量子效率提高。
[0010] 現有技術文獻
[0011] 專利文獻
[0012] 專利文獻1 :日本特開2004 - 15063號公報 陽01引專利文獻2 :日本特開2013 - 38447號公報
[0014] 專利文獻3 :日本特開2003 - 318441號公報
[0015] 專利文獻4 :日本特開2008 - 205511號公報
[0016] 專利文獻5 :日本特開2007 - 35967號公報 陽017] 專利文獻6 :國際公開第2013/031887號說明書
【發明內容】
[001引發明所要解決的技術問題
[0019] 然而，W往，關于將專利文獻3至專利文獻6所公開的具備凹凸圖案的半導體發光 元件應用于專利文獻1或專利文獻2所公開的發出發射光及巧光的白色發光裝置時，可提 高白色發光裝置的發光效率的構成，并無任何提及。
[0020] 又，如專利文獻3所示，為了提高L邸單體的發光效率，將微米級的凹凸圖案設置 于構成LED的基板表面的技術被廣泛應用。
[002U 作為決定表示LED的發光效率的外量子效率E犯巧Xternal化antumEfficieney) 的主要原因，可列舉電子注入效率EIE(Elect;ronInjectionEfficien巧）、內量子效率IQEdntern曰 1Qu曰ntumEfficiency)及光提取效率LEE(Li曲tExtr曰ctionEfficiency) 0 其中，內量子效率I犯依賴于GaN系半導體晶體的晶體不整合所引起的錯位密度。又，由于 設置于基板的凹凸圖案所引起的光散射，使GaN系半導體晶體內部的波導模式崩解，由此 改善光提取效率LEE。
[0022] 目P，作為設置于半導體發光元件的凹凸圖案的作用（效果），可列舉（1)半導體晶 體內的錯位減少所引起的內量子效率I犯的改善，（2)消除波導模式所引起的光提取效率 LEE的改善。
[0023] 然而，在專利文獻3所公開的技術中，雖然可實現（2)的效果所引起的光提取效率 LEE的改善，但認為（1)的錯位減少的效果較少。通過在半導體發光元件用基材的表面上設 置凹凸而使錯位缺陷減少的理由在于：凹凸會擾亂GaN系半導體層的CVD成長模式，使得伴 隨層成長的錯位缺陷相碰撞而消滅。因此，如果存在僅相當于缺陷數目的凹凸圖案，則對于 缺陷減少有效果，但如果是少于缺陷數的凹凸圖案的數目，則錯位減少的效果會受到限定。 例如，錯位密度1X1〇9個/cm2如果換算成納米級，則相當于10個/ym2,錯位密度1X1〇8 個/cm2相當于1個/Jim2。如果在5JimXSJim( □ 5Jim)設置2個左右的凹凸圖案，則凹 凸圖案密度變為0.08XIO8個/cm2,如果在SOOnmX500nm( □SOOnm)設置2個左右的凹凸 圖案，則凹凸圖案密度變為8XIO8個/cm2。像運樣，如果將凹凸圖案的尺寸設為納米級的 間距，則對錯位密度的減少有較大效果。
[0024] 然而，如果凹凸圖案密度變小，則對光的散射效果就會減少，存在似的波導模式 消除的效果降低的問題。
[00巧]因此，在專利文獻6所公開的技術中，在基板上設置納米尺寸的凹凸圖案，且對該 圖案設置微米級的長周期，從而提高LED的外量子效率E犯。
[0026] 在該技術中，如上所述的利用納米尺寸的凹凸圖案來抑制L邸制造時的外延生長 中的晶體缺陷錯位，提高LED的內量子效率I犯。進而，在納米尺寸的凹凸圖案的配置中設 置微米級的長周期，由此光提取效率LEE也提升，其結果為，可提高由內量子效率I犯與光 提取效率LEE之積定義的外量子效率E犯。
[0027] 然而，上述技術主要著眼于實現L邸其本身的發光效率的提高，在利用應用了上 述技術的LED,如專利文獻I或專利文獻2所記載的那樣，應用于發出發射光及巧光的白色 發光裝置的情況下，存在與單色發光的效率相比，效率下降的問題。進而，也存在觀察到白 色光的顏色不均的問題。尤其是，在照明用途的情況下，作為白色發光裝置的發光分布，角 度依存性較少，可見光全波長中需要朗伯型發光分布。
[0028] 關于上述問題，作出如下解釋。設置于LED的微米級的長周期結構被設定為適合 于發射光。因此，在巧光材料吸收發射光的一部分而發出波長與發射光不同的巧光時，認為 無法發揮充分的光散射性。其結果，與發射光相比，對于巧光的光提取效率更下降，因而來 自白色發光裝置的整個白色光的效率不會提高。進而，與上述同樣地，發射光及巧光中光散 射性不同，因而角度分布不同，其結果為，觀察到可見光全波長中的角度依存性。
[0029] 又，在專利文獻4所記載的對在半導體發光元件的發光露出面上具備凹凸結構的 半導體發光元件利用含有巧光體的涂覆層進行涂布而成的半導體發光裝置中，雖然來自半 導體發光元件的一次發射光的光提取效率提高，但對于來自巧光體的巧光光的光提取效 率，并未發現任何效果。
[0030] 同樣地，在專利文獻5所記載的半導體發光裝置中，雖然也公開有對于來自半導 體發光元件的一次發射光的光提取效率的提高效果，但對于來自巧光體的巧光光的光提取 效率，并未發現任何效果。
[0031] 進而，在使用專利文獻2所記載的含有納米粒子的巧光體的涂覆層而對在半導體 發光元件的發光露出面上具備凹凸結構的半導體發光元件進行涂布的情況下，與使用含有 微米級的巧光體的涂覆層的情況相比，存在來自半導體發光元件的一次發射光的光提取效 率下降的問題。
[0032] 關于上述問題，作出如下解釋。在半導體發光元件的發光露出面上形成凹凸結構， 由此產生衍射或光散射效果，使得半導體發光元件的內部的波導模式崩解，提高一次發射 光的光提取效率。然而，含有納米粒子的巧光體的涂覆層的折射率由于含有納米粒子，因此 經有效介質近似而被近似，巧光體的折射率高于涂覆層的分散介質，其結果為，涂覆層的折 射率變高。例如，在將具有2. 3的折射率的巧光體W40%的體積分率分散至具有1. 5的折 射率的分散媒的情況下，根據W下的式（A)及式度)，計算出涂覆層的折射率為1.80。
[0033] fa( ￡a-e) / (ea巧e)+fb(eb-e) / (eb巧O= 0 (A)
[0034] n=Ve度）
[0035] 此處，fa、化為介質a、介質b的體積分率，ea、eb、e分別為介質a、介質b、有 效介質的介電常數，n為有效介質的折射率。
[0036] 通過W上處理，凹凸結構與涂覆層之間的折射率之差減少，其結果，凹凸結構所引 起的衍射/分散效果減少，因而認為即使在半導體發光元件的發光露出面上形成凹凸結 構，一次發射光的光提取效率也會下降。
[0037] 如上所述，在現有的技術中，對于來自L邸的發射光，雖然可滿足（1)內量子效率 I犯的改善及（2)由利用光散射消除波導模式所引起的光提取效率LEE的改善運兩者，但在 與巧光材料組合的白色發光裝置中，存在無法表現充分的發光效率，進而具有發光分布的 角度依存性的問題。
[0038] 本發明是鑒于上述狀況而做出的，其目的在于，提供一種對于來自LED的發射光， 通過提高內量子效率I犯及光提取效率LEE來提高發光效率，同時對于巧光也可增加光散 射性而提高發光效率的半導體發光裝置。進而，本發明的目的在于，提供一種發光分布的角 度依存性較少，作為工業用途容易應用的半導體發光裝置。
[0039] 用于解決技術問題的手段
[0040] 本發明的半導體發光裝置包括：半導體發光元件，其具有將至少2層W上的半導 體層與發光層進行層疊而構成的層疊半導體層，并發出第一光；W及波長轉換構件，其至少 覆蓋所述半導體發光元件的一部分，吸收所述第一光的至少一部分，并發出波長與所述第 一光的波長不同的第二光，所述半導體發光裝置的特征在于，所述半導體發光元件在構成 所述半導體發光元件的任一主面上，具備微細結構層作為構成要素，其中，所述微細結構層 包含由朝面外方向延伸的多個凸部或凹部而構成的點，所述微細結構層構成至少由所述點 間的間距、點徑或點高度中的任一個所控制的二維光子晶體，所述二維光子晶體至少具有 各為1ymW上的2個W上的周期。
[0041] 在本發明的半導體發光裝置中，優選地，所述二維光子晶體具有所述第一光的光 學波長的6倍W上及所述第二光的光學波長的6倍W上的至少2個W上的周期。
[0042] 本發明的半導體發光裝置包括：半導體發光元件，其具有將至少2層W上的半導 體層與發光層進行層疊而構成的層疊半導體層，并發出第一光；W及波長轉換構件，其至少 覆蓋所述半導體發光元件的一部分，吸收所述第一光的至少一部分，并發出波長與所述第 一光的波長不同的第二光，所述半導體發光裝置的特征在于，所述半導體發光元件在構成 所述半導體發光元件的任一主面上，具備微細結構層作為構成要素，其中，所述微細結構層 包含由朝面外方向延伸的多個凸部或凹部而構成的點，所述微細結構層構成至少由所述點 間的間距、點徑或點高度中的任一個所控制的二維光子晶體，所述二維光子晶體具有所述 第一光的光學波長的6倍W上及所述第二光的光學波長的6倍W上的至少2個W上的周 期。
[0043] 又，在本發明的半導體發光裝置中，優選地，所述波長轉換構件含有至少相對于所 述第一光及所述第二光為透明的第一材料、及吸收所述第一光的至少一部分并發出所述第 二光的第二材料。
[0044] 進而，優選地，至少在所述半導體發光元件的最表面具備所述微細結構層作為構 成要素，在所述微細結構層與所述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相 對于所述第一光及所述第二光實質上透明，且不含所述第二材料。
[0045] 進而，優選地，所述第二材料為小于所述第一光在第一材料中的光學波長的平均 粒徑。
[0046] 又，在本發明的半導體發光裝置中，優選地，所述波長轉換構件的構成為發出所述 第二光、W及波長與所述第一光及所述第二光的各波長不同的第=光，所述波長轉換構件 含有至少相對于所述第一光、所述第二光及所述第=光為透明的第一材料、及吸收所述第 一光的至少一部分并發出所述第=光的第=材料，所述二維光子晶體具有所述第=光的光 學波長的6倍W上的周期。
[0047] 進而，優選地，至少在所述半導體發光元件的最表面具備所述微細結構層作為構 成要素，在所述微細結構層與所述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相 對于所述第一光、所述第二光及所述第=光實質上透明，且不含所述第二材料及所述第= 材料。
[0048] 進而，優選地，所述第二材料及第=材料中的至少一個為小于所述第一光在所述 第一材料中的光學波長的平均粒徑。
[0049] 又，在本發明的半導體發光裝置中，優選地，所述波長轉換構件的構成為發出所述 第二光、所述第=光、W及波長與所述第一光、所述第二光及所述第=光的各波長不同的第 四光，所述波長轉換構件含有至少相對于所述第一光、所述第二光、所述第=光及所述第四 光為透明的第一材料、W及吸收所述第一光的至少一部分并發出所述第四光的第四材料， 所述二維光子晶體具有所述第四光的光學波長的6倍W上的周期。
[0050] 進而，優選地，至少在所述半導體發光元件的最表面具備所述微細結構層作為構 成要素，在所述微細結構層與所述波長轉換構件之間填充有中間材料，該中間材料至少相 對于所述第一光、所述第二光、所述第=光及所述第四光實質上透明，且不含所述第二材 料、所述第=材料及所述第四材料。
[0051] 進而，優選地，所述第二材料、所述第=材料及所述第四材料中的至少一個為小于 所述第一光在所述第一材料中的光學波長的平均粒徑。
[0052] 進而，在本發明的半導體發光裝置中，優選地，所述二維光子晶體構成于構成所述 半導體發光元件的任意不同的二個W上的主面上，各個二維光子晶體的所述周期互不相 同。
[0053] 在本發明的半導體發光裝置中，可構成為所述二維光子晶體的周期至少在所述主 面的一軸方向具有周期，或者可構成為所述二維光子晶體的周期至少在獨立的所述主面的 二軸方向具有周期。
[0054] 發明效果 陽化5] 根據本發明，構成微細結構層的二維光子晶體具有1ymW上、或者第一光的光學 波長的6倍W上及第二光（利用波長轉換構件吸收第一光的至少一部分而發出的與第一 光波長不同的光）的光學波長的6倍W上的至少2個W上的周期，由此可使光散射性強于 光衍射性。因此，在本發明的半導體發光元件中，對于來自半導體層中的發光及來自波長轉 換構件的發光，可較強地表現光散射性，利用該光散射性消除波導模式，可提高光提取效率 LEE。進而，可對來自半導體發光元件的有效地發出的一次發光高效地進行波長轉換。其結 果為，可提高半導體發光裝置的最終的發光效率。進而，可提供一種降低發光分布的角度依 存性，作為工業用途容易應用的半導體發光裝置。
【附圖說明】
[0056] 圖1是本實施方式的半導體發光裝置的剖面示意圖。
[0057] 圖2是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0058] 圖3是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0059] 圖4是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0060] 圖5是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0061] 圖6是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0062] 圖7是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0063] 圖8是表示本實施方式的半導體發光裝置的其他例的剖面示意圖。
[0064] 圖9是本實施方式的半導體發光元件的剖面示意圖。 陽0化]圖10是表示本實施方式的半導體發光元件的其他例的剖面示意圖。
[0066] 圖11是表示本實施方式的半導體發光元件的其他例的剖面示意圖。
[0067] 圖12是表示第1實施方式的半導體發光元件用基材的一例的立體示意圖。
[0068] 圖13是用于說明本實施方式的半導體發光元件用基材的其他例的立體示意圖。
[0069] 圖14是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的一例的俯視示意圖。
[0070] 圖15是表示半導體發光元件用基材的第2方向D2上的點列的配置例的示意圖。
[0071] 圖16是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的另一例的俯視示意圖。
[0072] 圖17是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的另一例的俯視示意圖。
[0073] 圖18是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的另一例的俯視示意圖。
[0074] 圖19是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的另一例的俯視示意圖。
[00巧]圖20是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的另一例的俯視示意圖。
[0076] 圖21是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的第2方向D2上的點的配置例 的不意圖。
[0077] 圖22是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的第2方向D2上的點的配置例 的不意圖。
[0078] 圖23是由點間隔具有長周期的點所構成的半導體發光元件用基材的俯視示意 圖。
[0079] 圖24是在同一主面內具有2個W上的周期的半導體發光元件用基材的另一俯視 不意圖。
[0080] 圖25是表示本實施方式的半導體發光元件的制造方法的各工序的剖面示意圖。
[0081] 圖26是表示本實施方式的半導體發光元件用基材的制造方法的一例的概略說明 圖。
[0082] 圖27是對W形成本實施方式的半導體發光元件用基材的曝光裝置中的主軸馬達 的Z相信號為基準信號設定基準脈沖信號、調制脈沖信號的一例進行說明的說明圖。
[0083] 圖28是對根據形成本實施方式的半導體發光元件用基材的曝光裝置中的基準脈 沖信號及調制脈沖信號設定相位調制脈沖信號的一例進行說明的說明圖。
[0084] 圖29是對形成本實施方式的半導體發光元件用基材的曝光裝置中的照射激光的 加工頭部的移動速度的一例進行說明的說明圖。
【具體實施方式】
[0085] W下，對本發明的一實施方式（W下，簡稱為"實施方式"）進行詳細說明。此外， 本發明并不限定于W下的實施方式，可在其主旨的范圍內進行各種變形而實施。
[0086] W下，對本實施方式的半導體發光裝置進行詳細說明。本發明中的半導體發光裝 置包括如下單元而構成：半導體發光元件，其具有將至少2層W上的半導體層與發光層進 行層疊而構成的層疊半導體層，并發出第一光；及波長轉換構件，其至少覆蓋所述半導體發 光元件的一部分，吸收所述第一光的至少一部分，并發出波長與第一光不同的第二光。
[0087] 例如，本實施方式的半導體發光裝置由圖1所示的剖面示意圖所構成。如圖1所 示，半導體發光裝置500為將半導體發光元件100配置于封裝體520的收納部520a內的構 成。
[0088] 在圖I所示的實施方式中，封裝體520內填充有波長轉換構件511。因此，成為半 導體發光元件100的除背面IOOaW外的各面被波長轉換構件511覆蓋的結構。
[0089] 如圖1所示，波長轉換構件511包括填充材料541及含有并分散于填充材料541 中的巧光材料（第二材料）531而構成，該填充材料541是相對于來自半導體發光元件100 的發射光（第一光）的發光中屯、波長實質上透明的第一材料。巧光材料531具有相對于作 為自半導體發光元件100發出的發射光的第一光的發光中屯、波長的巧光特性，其吸收第一 光的至少一部分，發出作為波長與第一光不同的第二光的巧光。進而，填充材料541相對于 作為所述第二光的巧光也實質上透明，相對于后述的第=光及第四光也實質上透明。
[0090] W下，在本發明中，實質上透明是指，對相應波長的光的吸收基本上沒有的狀態， 具體而言，對相應波長的光的吸收率為10%W下，優選地，5%W下，更佳為2%W下。或者， 實質上透明定義為：相應波長的光的透過率為80%W上，優選地，85%W上，更佳為90%W 上。
[0091] 填充材料541可為有機物或無機物，例如可由包含環氧、丙締酸系聚合物、聚碳酸 醋、娃酬聚合物、光學玻璃、硫屬化合物玻璃、螺環化合物及它們的混合物的材料所構成，但 并不特別限定材質。
[0092] 進而，填充材料541也可又含有相對于第一光、第二光、第=光及第四光實質上透 明的微粒子。通過含有微粒子，耐熱性、耐久性、耐候性、熱尺寸穩定性提高，因而較佳。
[0093] 作為填充材料541中所含的所述微粒子，并無特別限定，可為金屬氧化物、金屬氮 化物、次氮基砸酸醋（日語：二hyh''シy個一h)及它們的混合物。作為較佳的金屬氧化 物的例子，可包括氧化巧、氧化姉、氧化給、氧化鐵、氧化鋒、氧化錯及它們的混合物。
[0094] 來自半導體發光裝置500的發射光，被觀察到自半導體發光元件100發出的第一 光與作為來自波長轉換構件511的巧光的第二光的混色，例如在第一光為在450nm附近具 有發光中屯、波長的藍色，且第二光為在590nm附近具有主波長的黃色巧光材料的情況下， 觀察到半導體發光裝置500的發射光為白色。