氮化物半导体紫外线发光装置及其制造方法制造方法及图纸

氮化物半导体紫外线发光装置(1)通过将氮化物半导体紫外线发光元件(10)倒装芯片安装在基台(30)上，并通过末端官能基为全氟烷基的非晶质氟树脂进行树脂密封而成，该氮化物半导体紫外线发光元件具备蓝宝石基板(11)、层叠在蓝宝石基板(11)表面上的AlGaN系半导体的半导体层叠部(12)、n电极(13)、p电极(14)、以及形成在蓝宝石基板(11)背面上的使紫外线透过的背面覆盖层(15)。背面覆盖层(15)具有使蓝宝石基板(11)的背面的一部分露出的开口部(16)，开口部(16)配置为均匀地分散或分布在所述蓝宝石基板的背面上，开口部(16)的与蓝宝石基板(11)的背面垂直的剖面形状具有接近所述背面的部位的开口宽度比远离所述背面的部位的开口宽度大的部分，背面覆盖层(15)的表面被所述非晶质氟树脂覆盖，开口部(16)的内部被所述非晶质氟树脂覆盖填充。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体紫外线发光装置及其制造方法
本专利技术涉及氮化物半导体紫外线发光装置，特别是涉及被非晶质氟树脂密封的从基板背面侧导出发光中心波长约350nm以下的光的背面出射型的氮化物半导体紫外线发光装置。
技术介绍
一直以来，LED(发光二极管)、半导体激光器等氮化物半导体发光元件多形成在蓝宝石等基板上利用外延成长来而由多个氮化物半导体层构成的发光元件结构(例如，参照下述的非专利文献1、非专利文献2)。氮化物半导体层用通式Al1-x-yGaxInyN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示。发光元件结构具有在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间夹持有由单一量子阱结构(SQW：Single-Quantum-Well)或多重量子阱结构(MQW：Multi-Quantum-Well)的氮化物半导体层构成的活性层的双异质结构。在活性层是AlGaN系半导体层的情况下，通过调整AlN摩尔分数(也称作铝组成比)，能够在将GaN和AlN取得的带隙能量(约3.4eV和约6.2eV)分别作为下限及上限的范围内调整带隙能量，得到发光波长从约200nm到约365nm的紫外线发光元件。具体而言，通过从p型氮化物半导体层朝向n型氮化物半导体层流通正向电流，从而在活性层中产生与上述带隙能量相应的发光。另一方面，作为氮化物半导体紫外线发光元件的安装方式，一般采用倒装芯片安装(例如，参照下述专利文献1的图4等)。在倒装芯片安装中，来自活性层的发光透过带隙能量比活性层大的AlGaN系氮化物半导体及蓝宝石基板等而被导出至元件外。因此，在倒装芯片安装中，蓝宝石基板朝上，朝向芯片上表面侧而形成的p侧及n侧的各电极面朝下，芯片侧的各电极面与副基座等封装部件侧的电极焊盘经由形成在各电极面上的金属突起而被电接合以及物理接合。一般而言，如下述专利文献2的图4、6及7等、或者下述专利文献3的图2、4及6等所示，氮化物半导体紫外线发光元件被氟系树脂或硅酮树脂等紫外线透过性树脂密封而实际使用。该密封树脂保护内部的紫外线发光元件不受外部氛围的影响，防止因水分的进入、氧化等造成的发光元件的劣化。并且，该密封树脂有时被设置为折射率差缓和材料，该折射率差缓和材料用于缓和因聚光透镜与紫外线发光元件之间的折射率差、或者紫外线的照射对象空间与紫外线发光元件之间的折射率差引起的光的反射损失，从而实现光的导出效率的提高。另外，也可以将该密封树脂的表面成形成为球面等聚光性曲面，从而提高照射效率。先前技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/178288号公报专利文献2：日本特开2007-311707号公报专利文献3：美国专利申请公开第2006/0138443号说明书专利文献4：日本特开2006-348088号公报非专利文献非专利文献1：KentaroNagamatsu，etal.，“High-efficiencyAlGaN-basedUVlight-emittingdiodeonlaterallyovergrownAlN”，JournalofCrystalGrowth，2008，310，pp.2326-2329非专利文献2：ShigeakiSumiya，etal.，“AlGaN-BasedDeepUltravioletLight-EmittingDiodesGrownonEpitaxialAlN/SapphireTemplates”，JapaneseJournalofAppliedPhysics，Vol.47，No.1，2008，pp.43-46非专利文献3：KihoYamada，etal.，“Developmentofunderfillingandencapsulationfordeep-ultravioletLEDs”，AppliedPhysicsExpress，8，012101，2015
技术实现思路
专利技术要解决的课题如上述那样，作为紫外线发光元件的密封树脂，提出了使用氟系树脂及硅酮树脂等，但已知硅酮树脂在过多地暴露于高能量的紫外线时逐渐劣化。特别是，紫外线发光元件的低波长化及高输出化发展，因暴露于紫外线造成的劣化有加速的倾向，另外，由于与高输出化相伴的消耗电力的增加导致发热也增加，从热因该发热造成的密封树脂的劣化也成为问题。另外，已知氟系树脂的耐热性优异，紫外线耐性也高，但是聚四氟乙烯等一般的氟树脂不透明。该氟系树脂，由于聚合物链为直线且刚直，容易结晶化，所以混合有晶质部分与非晶质部分，在其界面处光发生散射而不透明。于是，例如，在上述专利文献4中，提出了通过使用非晶质的氟树脂作为紫外线发光元件的密封树脂从而提高对于紫外线的透明性的方案。作为非晶质的氟树脂，可列举将结晶性聚合物的氟树脂共聚化形成聚合物合金并非晶质化的物质、全氟间二氧杂环戊烯共聚物(杜邦(股)制的商品名TeflonAF(注册商标))或全氟丁烯基乙烯基醚的环化聚合物(旭硝子(股)制的商品名cytop(注册商标))。后者的环化聚合物氟树脂在主链具有环状结构，因此容易成为非晶质、透明性高。非晶质氟树脂大致有结合性的非晶质氟树脂和非结合性的非晶质氟树脂这两种，该结合性的非晶质氟树脂具有羧基等能够与金属结合的反应性官能基，该非结合性的非晶质氟树脂具有全氟烷基等相对于金属难结合性的官能基。在搭载LED芯片的基台表面及覆盖LED芯片的部分，使用结合性的非晶质氟树脂，可以提高基台等与氟树脂间的结合性。需要说明的是，在本专利技术中，“结合性”包含与金属等的界面具有亲和性的含义。同样地，“非结合性”包含与金属等的界面不具有亲和性或者该亲和性极小的含义。另一方面，在上述专利文献1及上述非专利文献3中报告了如下内容：在将末端官能基具有相对于金属呈结合性的反应性官能基的结合性的非晶质氟树脂用于覆盖发出发光中心波长为300nm以下的深紫外线的氮化物半导体的紫外线发光元件的焊盘电极的部位的情况下，当对分别与紫外线发光元件的p电极及n电极连接的金属电极配线间施加正向电压而进行紫外线发光动作时，紫外线发光元件的电气特性发生劣化。具体而言，确认了在紫外线发光元件的p电极及n电极间形成有电阻性的漏电流路径。根据上述专利文献1，认为在非晶质氟树脂为结合性的非晶质氟树脂时，在被照射了高能量的深紫外线的该结合性的非晶质氟树脂中，由于光化学反应而使反应性的末端官能基分离而自由基化，引发与构成焊盘电极的金属原子配位结合，该金属原子从焊盘电极分离，并且，在发光动作中对焊盘电极间施加电场的结果为，该金属原子发生跃迁，形成电阻性的漏电流路径，紫外线发光元件的p电极及n电极间短路。并且，在上述非专利文献3中报告了如下内容：在使用结合性的非晶质氟树脂的情况，当继续施加由深紫外线的发光动作而形成的压力时，该非晶质氟树脂因光化学反应而发生分解，在覆盖基台侧的金属电极配线的非晶质氟树脂与该金属电极配线之间产生气泡。在上述专利文献1及上述非专利文献3中，对于发出深紫外线的氮化物半导体紫外线发光元件，为了避免因光化学反应引起的上述的紫外线发光元件的p电极及n电极间的短路、以及非晶质氟树脂与金属电极配线间的气泡产生，而推荐使用上述非结合性氟树脂。然而，如上述那样，上述非结合性的非晶质氟树脂相对于金属呈难结合性，在倒装芯片安装时相对于与非结合性的非晶质氟树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体紫外线发光装置，其通过将氮化物半导体紫外线发光元件倒装芯片安装在倒装芯片安装用的基台上而成，其特征在于，所述氮化物半导体紫外线发光元件具备蓝宝石基板、层叠在所述蓝宝石基板的表面上的多个AlGaN系半导体层、由1个或多个金属层构成的n电极、由1个或多个金属层构成的p电极、以及形成在所述蓝宝石基板的背面上且由使紫外线透过的无机化合物构成的背面覆盖层，所述背面覆盖层具有使所述蓝宝石基板的背面的一部分露出的开口部，所述开口部配置为均匀地分散或者分布在所述蓝宝石基板的背面上，所述开口部的与所述蓝宝石基板的背面垂直的剖面形状具有接近所述背面的部位的开口宽度比远离所述背面的部位的开口宽度大的部分，所述氮化物半导体紫外线发光元件通过末端官能基为全氟烷基的非晶质氟树脂而被树脂密封，所述背面覆盖层的表面被所述非晶质氟树脂覆盖，并且所述开口部的内部被所述非晶质氟树脂填充。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化物半导体紫外线发光装置，其通过将氮化物半导体紫外线发光元件倒装芯片安装在倒装芯片安装用的基台上而成，其特征在于，所述氮化物半导体紫外线发光元件具备蓝宝石基板、层叠在所述蓝宝石基板的表面上的多个AlGaN系半导体层、由1个或多个金属层构成的n电极、由1个或多个金属层构成的p电极、以及形成在所述蓝宝石基板的背面上且由使紫外线透过的无机化合物构成的背面覆盖层，所述背面覆盖层具有使所述蓝宝石基板的背面的一部分露出的开口部，所述开口部配置为均匀地分散或者分布在所述蓝宝石基板的背面上，所述开口部的与所述蓝宝石基板的背面垂直的剖面形状具有接近所述背面的部位的开口宽度比远离所述背面的部位的开口宽度大的部分，所述氮化物半导体紫外线发光元件通过末端官能基为全氟烷基的非晶质氟树脂而被树脂密封，所述背面覆盖层的表面被所述非晶质氟树脂覆盖，并且所述开口部的内部被所述非晶质氟树脂填充。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体紫外线发光装置，其特征在于，所述背面覆盖层是HfO2、ZrO2、SiO2的任一方的1层、或者它们中的至少2层的层叠体。3.根据权利要求1所述的氮化物半导体紫外线发光装置，其特征在于，所述背面覆盖层的折射率比所述蓝宝石基板的折射率大。4.根据权利要求1至3中任一项所述的氮化物半导体紫外线发光装置，其特征在于，所述开口部的俯视形状是点状、条纹状、格子状、同心圆状、同心环状、漩涡状的任一个形状。5.根据权利要求1至4中任一项所述的氮化物半导体紫外线发光装置，其特征在于，构成所述非晶质氟树脂的聚合物或共聚物的结构单位具有含氟脂肪族环结构。6.一种氮化物半导体紫外线发光装置的制造方法，该氮化物半导体紫外线发光装置是权利要求1至5中任一项所述的氮化物半导体紫外线发光装置，其特征在于，所述氮化物半导体紫外线发光元件的制造工序具备：在蓝宝石基板的表面上形成多个AlGaN系半导体层、由1个或多个金属层构成的n电极、以及由1个或多个金属层构成的p电极后，在所述蓝宝石基板的背面上形成抗蚀剂层，之后，将所述抗蚀剂层图案化为规定的俯视形状，并且与所述蓝宝石基板的背面垂直的剖面形状具有接近所述背面的部位的宽度比远离所述背面的部位的宽度大的部分的工序；在图案化后的所述抗蚀剂层上以及未被所述抗蚀剂层覆盖的所述蓝宝石基板的背面上堆积使紫外线透过的背面覆盖层的工序；以及除去所述图案化后的所述抗蚀剂层及堆积在所述抗蚀剂层的上表面的所述背面覆盖层，对所述背面覆盖层进行图案化的工序。7.根据权利要求6所述的氮化物半导体紫外...

【专利技术属性】
技术研发人员：平野光，青崎耕，
申请(专利权)人：创光科学株式会社，旭硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP