JP6398611B2 - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子を用いた発光装置及び発光装置の製造方法に関するものである。
一般に、ＬＥＤ等の発光素子を有する発光装置では、白色光の取出し効率を高めることが求められている。そのために、発光装置は、発光素子の光取出面側に白色光の取出し効率を高めるための構成を備えるものが知られている。例えば、特許文献１に示す半導体発光素子は、窒化物基板と、窒化物基板の主面上に形成された半導体層部とを有している。
そして、半導体発光素子は、窒化物基板が傾斜露出面または傾斜露出部を有している。
そして、半導体発光素子は、窒化物基板が傾斜露出面または傾斜露出部を有している。
この半導体発光素子は、半導体層部が量子井戸層および障壁層を有する量子井戸活性層構造であり、量子井戸層、障壁層、第二導電型半導体層の間に適度な屈折率差が存在し、かつ発光層が適度な厚みをもつ場合に、等方的な向きを有する双極子放射による非等方的な内部発光プロファイルとなる。すなわち、半導体層部の活性層構造から半導体発光素子内部に出射される光を効率よく取り出すためには、θｅｍ ｍａｘ方向（配光特性を計測した際に、求められる半導体発光素子内部における内部発光強度密度の最大値を示す方向）の近傍に向かう高密度な光の取り出し効率を向上させるために、窒化物基板に傾斜露出面または傾斜露出部を有する構成が有効となるとしている。
さらに、θｅｍ ｍａｘ方向近傍に向かう光は高密度なので、主として、この部分の光が発光素子外部において、いずれの方向に向かうかを制御することが、発光素子の配光特性を制御する上で非常に重要であり、窒化物基板が傾斜露出面または傾斜露出部を有することで実現している（特許文献１参照）。
したがって、従来の発明によれば、窒化物基板上に形成しうる半導体発光素子の配光特性を自在に制御しつつ、さらに光取り出し効率も高めることが出来るものである。
したがって、従来の発明によれば、窒化物基板上に形成しうる半導体発光素子の配光特性を自在に制御しつつ、さらに光取り出し効率も高めることが出来るものである。
しかしながら、従来の半導体発光素子では、半導体層部と窒化物基板との界面や光取出面からの反射による光に対する検討がさらに必要であり、光取出面側で一度内部に向かって反射された光の中には光取出面から取出されずに消滅してしまう光もあった。
本発明は、前記した問題点に鑑みて創案されたものであり、光取出し効率をさらに向上させることができる発光装置及び発光装置の製造方法を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、以下に示すような構成とした。すなわち、発光装置は、発光素子と、前記発光素子の光取出面側に設けた透光性部材と、前記透光性部材の前記発光素子が設けられた素子接合面に、前記発光素子に隣接して設けられた反射層と、を備え、前記透光性部材は、前記発光素子が前記透光性部材と接合する部位の屈折率と同じ又は高い（同等以上の）屈折率を有すると共に、平面視で前記発光素子の光取出面よりも大きな面積に形成された構成とした。
また、前記した発光装置の第１製造方法として、発光素子の接合位置をマスクした透光性部材の一方面に反射層を設ける反射層形成工程と、前記マスク及び前記マスク上の反射層をリフトオフして除去し、前記発光素子の接合位置を前記透光性部材に形成する接合位置形成工程と、支持基板に配列した複数の発光素子の光取出面を前記透光性部材に形成した前記接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含むこととした。
さらに、前記した発光装置の第２製造方法として、発光素子の接合位置をマスクした透光性部材の一方面に反射層を設ける反射層形成工程と、前記マスク及び前記マスク上の反射層をリフトオフして除去し、前記発光素子の接合位置を前記透光性部材に形成する接合位置形成工程と、支持基板に配列した複数の発光素子の光取出面を前記透光性部材に形成した前記接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含むこととした。
そして、前記した発光装置の第３製造方法として、支持基板にレジストを介して配列した複数の発光素子の光取出面を透光性部材の接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、前記透光性部材及び前記発光素子の前記レジストに反射層を設ける反射層形成工程と、前記レジスト及び前記レジスト上の反射層をリフトオフして除去し発光素子の光取出面とは反対側の面を露出する除去工程と、前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含むこととした。
本発明に係る発光装置及び発光装置の製造方法では、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
発光装置は、発光素子の光取出面よりも大きな透光性部材の素子接合面に反射層を備えているので、透光性部材の光取出面から出力されずに戻って来た光を反射層で反射して、透光性部材から出力することができ、光取出し効率を向上させることができる。
発光装置は、発光素子の光取出面よりも大きな透光性部材の素子接合面に反射層を備えているので、透光性部材の光取出面から出力されずに戻って来た光を反射層で反射して、透光性部材から出力することができ、光取出し効率を向上させることができる。
発光装置の製造方法は、透光性部材に反射層を設け、発光素子の光取出面を透光性部材に接合し、個片化して発光装置を製造するので、光取出効率が高い発光装置を効率よく製造することができる。また、発光装置の製造方法は、透光性部材に発光素子を接合し、透光性部材に反射層を設け、個片化して発光装置を製造するので、光取出効率が高い発光装置を効率よく製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため部分的に誇張して示すことがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一の構成、部材もしくは同質の構成、部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、各構成において、層と膜との違いは表現のみであり、厚み形成範囲等によって異なるものではない。
＜発光装置の構成＞
図１に示すように、発光装置１は、ＬＥＤ等の半導体発光素子である発光素子２と、この発光素子２を設けた基板３の光取出面３Ａに設けた透光性部材１０と、を備え、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに反射層１１を備えている。
図１に示すように、発光装置１は、ＬＥＤ等の半導体発光素子である発光素子２と、この発光素子２を設けた基板３の光取出面３Ａに設けた透光性部材１０と、を備え、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに反射層１１を備えている。
発光素子２は、一例として、ｎ側電極（ｎ側パッド電極４ｎ）とｐ側電極（ｐ側全面電極層６ａ及びｐ側パッド電極６ｐ）が半導体積層構造体８の一面側に設けられたフリップチップ実装（フェイスダウン実装）のＬＥＤチップの構成として説明する。この発光素子２は、液相成長法、ＨＤＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法により基板３上にＺｎＳ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。発光素子２は、透光性のサファイア基板である基板３に積層して形成した半導体積層構造体８を備えている。
半導体積層構造体８は、例えば、基板３上に形成されたｎ型半導体層４と、このｎ型半導体層４上に形成されるｐ型半導体層６と、ｎ型半導体層４とｐ型半導体層６の間に形成される活性層５と、ｐ型半導体層６上に形成されたｐ側全面電極層６ａと、を備えている。そして、半導体積層構造体８は、ｐ型半導体層６が積層されていないｎ型半導体層４上には、ｎ側パッド電極４ｎが形成されると共に、ｐ側全面電極層６ａ上に突出させてｐ側パッド電極６ｐとが形成されている。さらに、半導体積層構造体８には、ｎ側パッド電極４ｎの接続端面側、及び、ｐ側パッド電極６ｐの接続端面側を露出させるように保護膜９が設けられている。
この発光素子２は、基板３の一側の面を光取出面３Ａとして構成され、半導体層の材料やその混晶度の選択により、発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層の材料としては、例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。
そして、発光素子２は、基板３の光取出面３Ａを透光性部材１０の中央（略中心）に接合している。なお、発光素子２を透光性部材１０に接合する場合には、一例として、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂにおける接合位置１０ｂ（図３参照）の表面を、高速電子ビームにより活性化し、接触・加圧などにより直接接合させることができる。
透光性部材１０は、発光素子２上で層状（膜状）あるいは板状に形成されており、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のうちの少なくとも一つを用いて形成した無機誘電体材料又は有機無機ハイブリッド材料からなるのが好ましい。前記した材料を用いた無機誘電体材料は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、蒸着、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などによって形成することができる。また、有機無機ハイブリッド材料に用いる有機成分としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミドなどが挙げられる。前記した材料を用いた有機無機ハイブリッド材料は、ゾル・ゲル法、その場（in situ）重合法、固相反応法などによって形成することができる。
なお、透光性部材１０は前記したものを用いるのが好ましいがこれらに限定されるものではない。例えば、使用するＬＥＤの波長に対して透明であり、接合する光学部材である蛍光体層２０とほぼ同じ屈折率を有するものであればどのようなものも用いることができる。また、透光性部材１０は、当該層を形成した後に研磨などを行って平坦化することかができる厚みを備えることが好ましい。
透光性部材１０は、発光素子２からの光の取出効率を向上させるためのものである。この透光性部材１０は、発光素子２の基板３に接合する部位の屈折率と同じ又は高い（同等以上の）屈折率を有すると共に、平面視で発光素子２の光取出面３Ａよりも大きな面積に形成されている。この透光性部材１０は、例えば、発光素子２の光取出面３Ａよりも１．１〜５倍の大きさ範囲の面積で形成され、発光素子２を中央（中心）になるように位置合わせした状態で形成されている。なお、透光性部材１０は、一例として、５０〜２００μｍの厚みで形成され、大きさは、矩形（長方形、正方形）の長辺あるいは一辺が２〜５ｍｍで形成されている。
また、透光性部材１０の屈折率は、具体的には、１．４〜２．０程度とするとよい。透光性部材１０の屈折率がこの範囲にあれば、界面のいずれかで生じる光の全反射等をより確実に低減することができる。また、透光性部材１０の屈折率は、光の透過率を勘案し、層形成時の材料の選択や形成条件等によって任意に調整することができる。
一例として、ＳｉＯ（具体的には、例えばＳｉＯ2）の屈折率は１．４１であり、ＳｉＮ（具体的には、例えばＳｉ3Ｎ4）の屈折率は２．０であり、ＳｉＯＮ（一般的にＳｉＯxＮyとも呼称されている。）の屈折率はその中間である。従って、例えばＣＶＤなどで透光性部材１０を形成する場合、ＳｉとＯとＮの含有比率を適宜設定することにより、その屈折率を半導体積層構造体８と同程度としたり、後記する蛍光体層（光学部材）２０と同程度としたりすることができる。
透光性部材１０の屈折率は、これと接する基板３と同程度とするか、後記する蛍光体層２０と同程度とすることで、屈折率境界を減らすことができる。そのため、基板３と透光性部材１０の界面や、透光性部材１０と大気との界面で生じる光の全反射等を低減することができ、光の取り出し効率を向上させることができる。ここで、同程度とは、例えば、用いる基板３の屈折率の絶対値でプラスマイナス０．３の範囲内、好ましくはプラスマイナス０．１の範囲内、より好ましくはプラスマイナス０．０５の範囲内にあることをいう。
そして、この透光性部材１０は、発光素子２の光取出面３Ａを接合した素子接合面１０Ｂに反射層１１が設けられている。
反射層１１は、透光性部材１０の光取出面１０Ａから戻ってきた光を反射して出力するためのものである。反射層１１は、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに形成され、発光素子２に近接（隣接）してその周囲となる位置に設けられている。なお、反射層１１は、発光素子２の側面に当接（隣接）するように設けることや（基板３あるいは保護膜９に当接）、あるいは、図１に示すように、当接しない状態であっても発光素子２の光取出面３Ａの周囲に設ける構成であれば構わない。つまり、反射層１１は、後記する製造方法により形成されたときに、製造上の許容範囲において隙間を空けた状態で発光素子２の光取出面３Ａの周囲に形成されることになる。
反射層１１は、透光性部材１０の光取出面１０Ａから戻ってきた光を反射して出力するためのものである。反射層１１は、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに形成され、発光素子２に近接（隣接）してその周囲となる位置に設けられている。なお、反射層１１は、発光素子２の側面に当接（隣接）するように設けることや（基板３あるいは保護膜９に当接）、あるいは、図１に示すように、当接しない状態であっても発光素子２の光取出面３Ａの周囲に設ける構成であれば構わない。つまり、反射層１１は、後記する製造方法により形成されたときに、製造上の許容範囲において隙間を空けた状態で発光素子２の光取出面３Ａの周囲に形成されることになる。
この反射層１１は、例えば、誘電体多層膜から構成されている。誘電体多層膜は、例えば、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5からなる多層膜である。なお、反射層１１では、誘電体多層膜を設けて、さらに、高い反射性を備える金属膜を設ける構成とすることがより好ましい。また、金属膜の一例としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどが挙げられる。さらに、反射層１１は、金属膜を設けた場合には、その金属膜に保護層（ＳｉＯ2）を設ける構成とすることが望ましい。したがって、反射層１１は、一例として、透光性部材１０の素子接合面１０ＢからＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5／ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5／・・・ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5／Ａｇ／ＳｉＯ2のような、ＳｉＯ2／Ｎｂ2Ｏ5の層を２層以上の複数層（１０層、２０層、３０層、４０層、４５層、５０層）有する構成を備えている。この反射層１１は、一具体例として、誘電体層を４１層だけ積層し、その誘電体層の次に金属膜であるＡｇ層を積層し、さらに、Ａｇ層に保護膜であるＳｉＯ2層を積層して備えている。
以上のように構成した発光装置１では、発光素子２から光が発光されると、図２に示すような光路を経て透光性部材１０の光取出面１０Ａから外部に出力されることになる。
図２に示すように、発光装置１の発光素子２から光が照射されると、光の多くは二点鎖線の矢印Ｈ１で示すように、透光性部材１０を透過してその光取出面１０Ａから出力（照射）される。また、発光素子２からの光の中には、透光性部材１０の光取出面１０Ａと大気との界面で反射されて戻ってくる光（矢印Ｈ３）がある。
図２に示すように、発光装置１の発光素子２から光が照射されると、光の多くは二点鎖線の矢印Ｈ１で示すように、透光性部材１０を透過してその光取出面１０Ａから出力（照射）される。また、発光素子２からの光の中には、透光性部材１０の光取出面１０Ａと大気との界面で反射されて戻ってくる光（矢印Ｈ３）がある。
矢印Ｈ３に示すように、発光素子２の光取出面３Ａを外れた位置に光が戻ってくる場合がある。発光装置１では、発光素子２の光取出面よりも広い範囲となる透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに反射層１１が設けられているので、戻って来た矢印Ｈ３で示す光を、その反射層１１で反射し透光性部材１０の光取出面１０Ａから出力することが可能となる。なお、図２では、説明上、矢印の始点を発光素子２の光取出面３Ａの端からとして模式的に示しているが、その矢印の始点の位置は任意である。そして、発光装置１では、反射層１１がＡｇ層のような金属膜を有することで、より高い反射効率が実現できるので、光取出し効率をさらに向上させることが可能となる。
＜発光装置の製造方法＞
つぎに発光装置の第１製造方法から第３製造方法について、図３から図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、個片化する前の透光性部材１０を透光材料１００とし、また、個片化する前の反射層１１を誘電体多層膜１１１として説明する。
はじめに、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ１）、その透光材料１００に反射層１１となる誘電体多層膜１１１を全面に設ける（反射層形成工程：Ｓ２）。なお、誘電体多層膜１１１は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの任意の方法で設けることができる。
つぎに発光装置の第１製造方法から第３製造方法について、図３から図５を参照して説明する。なお、以下の説明では、個片化する前の透光性部材１０を透光材料１００とし、また、個片化する前の反射層１１を誘電体多層膜１１１として説明する。
はじめに、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ１）、その透光材料１００に反射層１１となる誘電体多層膜１１１を全面に設ける（反射層形成工程：Ｓ２）。なお、誘電体多層膜１１１は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの任意の方法で設けることができる。
つぎに、図３（ｃ）に示すように、第１製造方法では、誘電体多層膜１１１上にマスクＭを、後の工程で発光素子２を設ける位置を空けて、例えばパターニングにより設ける（Ｓ３）。そして、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、第１製造方法では、マスクＭがない部分の誘電体多層膜１１１の部分がエッチングにより除去される（Ｓ４）。なお、エッチングする際に、同時に、後の工程で使用するためのアライメントマーク（アライメントパターン）Ａｐを、誘電体多層膜１１１の一部で形成できるようにマスクＭを設ける（透光材料１００上で発光素子２の接合に邪魔にならない位置）。その後、マスクＭが除去されることで透光材料１００の素子接合面１０Ｂに発光素子２の接合位置１０ｂが形成される（接合位置形成工程：Ｓ５）。それと同時に誘電体多層膜１１１の一部を利用してアライメントマークＡｐが形成される。
つぎに、図３（ｆ）に示すように、透光材料１００の接合位置１０ｂに対応するように、予め支持基板ＫＢ上に接着層ａｄを介して間隔を空けて設けた発光素子２を準備しておき、その支持基板ＫＢのアライメントマーク（図示せず）を誘電体多層膜１１１で形成したアライメントマークＡｐと整合させて位置を合わせる。そして、支持基板ＫＢ上の発光素子２を接合位置１０ｂに対面させる。さらに、接合位置１０ｂに高速電子ビームを照射することで活性化させて、発光素子２の光取出面３Ａを透光材料１００の接合位置１０ｂに接触・加圧等により直接接合させる（Ｓ６）。その後、支持基板ＫＢの接着層ａｄから発光素子２を離脱させ発光素子２を支持基板ＫＢから分離して（図３（ｇ）参照）、発光素子２と透光材料１００とを接合する（発光素子接合工程：Ｓ７）。
つぎに、図３（ｈ）に示すように、発光素子２を接合した透光材料１００を、発光素子２の光取出面３Ａよりも大きくなるように既存の例えば、ダイシング等の方法により個片化する（個片化工程：Ｓ８）。そして、個片化することで、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに発光素子２の光取出面３Ａが接合され、発光素子２の周囲の素子接合面１０Ｂに反射層１１が形成された発光装置１が形成されることになる。
このように製造された発光装置は、すでに説明したように、反射層１１により透光性部材１０の光取出面１０Ａから戻ってきた光を反射して再び光取出面１０Ａから外部に送り出すことができる。
つぎに、発光装置１の第２製造方法について図４を参照して説明する。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、この第２製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ１１）、後の工程で発光素子２を接合する透光材料１００の位置にマスクＭを設ける（Ｓ１２）。なお、後記する工程で必要となるアライメントマーク（アライメントパターン）Ａｐを形成できるように、透光材料１００上で発光素子２の接合に邪魔にならない位置にマスクＭの一部をアライメントマークＡｐ用として使用する。そして、図４（ｃ）に示すように、マスクＭを設けた透光材料１００の一側の全面に反射層１１となる誘電体多層膜１１１を設ける（反射層形成工程：Ｓ１３）。図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、リフトオフによりマスクＭを除去することで（Ｓ１４）、発光素子２の接合位置１０ｂを形成する（接合位置形成工程：Ｓ１５）。リフトオフを行うことで、アライメントマークＡｐも同時に誘電体多層膜の一部により形成されることになる。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、この第２製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ１１）、後の工程で発光素子２を接合する透光材料１００の位置にマスクＭを設ける（Ｓ１２）。なお、後記する工程で必要となるアライメントマーク（アライメントパターン）Ａｐを形成できるように、透光材料１００上で発光素子２の接合に邪魔にならない位置にマスクＭの一部をアライメントマークＡｐ用として使用する。そして、図４（ｃ）に示すように、マスクＭを設けた透光材料１００の一側の全面に反射層１１となる誘電体多層膜１１１を設ける（反射層形成工程：Ｓ１３）。図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、リフトオフによりマスクＭを除去することで（Ｓ１４）、発光素子２の接合位置１０ｂを形成する（接合位置形成工程：Ｓ１５）。リフトオフを行うことで、アライメントマークＡｐも同時に誘電体多層膜の一部により形成されることになる。
つぎに、図４（ｆ）に示すように、透光材料１００の接合位置１０ｂに対応するように、予め支持基板ＫＢ上に接着層ａｄを介して間隔を空けて設けた発光素子２を準備しておき、その支持基板ＫＢのアライメントマーク（図示せず）を誘電体多層膜１１１で形成したアライメントマークと整合させて位置を合わせる。そして、支持基板ＫＢ上の発光素子２を接合位置１０ｂに対面させる。さらに、接合位置１０ｂに高速電子ビームを照射することで活性化させて、発光素子２の光取出面３Ａを透光材料１００の接合位置１０ｂに接触・加圧等により直接接合させる（Ｓ１６）。その後、支持基板ＫＢの接着層ａｄから発光素子２を離脱させ発光素子２を支持基板ＫＢから分離して（図４（ｇ）参照）、発光素子２と透光材料１００とを接合する（発光素子接合工程：Ｓ１７）。
また、図４（ｈ）に示すように、発光素子２を接合した透光材料１００を、発光素子２の光取出面３Ａよりも大きくなるように既存のダイシング等の方法により個片化する（個片化工程：Ｓ１８）。そして、個片化することで、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに発光素子２の光取出面３Ａが接合され、発光素子２の周囲の素子接合面１０Ｂに反射層１１が形成された発光装置１が形成されることになる。
つぎに、第３製造方法につて、図５を参照して説明する。
始めに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、この製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ２１）、その透光材料１００の接合位置１０ｂに、予め支持基板ＫＢに接着層ａｄでマスク（レジスト）Ｍを介して仮止めされた発光素子２を対面させる。そして、支持基板ＫＢのアライメントマーク（図示せず）と、透光材料１００のアライメントマーク（図示せず）とを位置合わせすることで、発光素子２の接合位置を整合させる。さらに、発光素子２を接合する接合位置１０ｂに、高速電子ビームで活性化させ発光素子２の光取出面３Ａを接合位置１０ｂに接触・加圧等を行い直接接合する（Ｓ２２）。その後、図５（ｃ）に示すように、支持基板ＫＢの接着層ａｄからマスクＭ及び発光素子２を分離することで、マスクＭ及び発光素子２を透光材料１００に接合する（発光素子接合工程：Ｓ２３）。
始めに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、この製造方法では、透光性部材１０となるシート状の透光材料１００を形成し（Ｓ２１）、その透光材料１００の接合位置１０ｂに、予め支持基板ＫＢに接着層ａｄでマスク（レジスト）Ｍを介して仮止めされた発光素子２を対面させる。そして、支持基板ＫＢのアライメントマーク（図示せず）と、透光材料１００のアライメントマーク（図示せず）とを位置合わせすることで、発光素子２の接合位置を整合させる。さらに、発光素子２を接合する接合位置１０ｂに、高速電子ビームで活性化させ発光素子２の光取出面３Ａを接合位置１０ｂに接触・加圧等を行い直接接合する（Ｓ２２）。その後、図５（ｃ）に示すように、支持基板ＫＢの接着層ａｄからマスクＭ及び発光素子２を分離することで、マスクＭ及び発光素子２を透光材料１００に接合する（発光素子接合工程：Ｓ２３）。
また、図５（ｄ）に示すように、透光材料１００及びマスクＭ上に誘電体多層膜１１１を設ける（反射層形成工程：２４）。そして、図５（ｅ）、（ｆ）に示すように、リフトオフにより発光素子２上のマスクＭ及びマスクＭ上の誘電体多層膜１１１の部分を除去し（除去工程：Ｓ２５）、発光素子２を透光材料１００に設ける（Ｓ２６）。最後に図５（ｇ）に示すように、発光素子２を接合した透光材料１００を、発光素子２の光取出面３Ａよりも大きくなるように既存のダイシング等の方法により個片化する（個片化工程：Ｓ２７）。そして、個片化することで、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂに発光素子２の光取出面３Ａが接合され、発光素子２の周囲の素子接合面１０Ｂに反射層１１が形成された発光装置１が形成されることになる。
このように製造された発光装置１は、すでに説明したように、透光性部材１０の光取出面１０Ａから戻ってきた光を反射層１１で反射させて再び光取出面１０Ａから外部に送り出すことができる。
なお、発光装置１は、透光性部材１０の光取出面１０Ａから外部に光を取り出す構成として説明したが、透光性部材１０の素子接合面とは反対側の光取出面１０Ａに蛍光体層２０を設けた発光装置１Ａとしても構わない。以下、図６を参照して発光装置１Ａについて説明する。また、既に説明した構成は同じ符号を付して適宜省略する。
なお、発光装置１は、透光性部材１０の光取出面１０Ａから外部に光を取り出す構成として説明したが、透光性部材１０の素子接合面とは反対側の光取出面１０Ａに蛍光体層２０を設けた発光装置１Ａとしても構わない。以下、図６を参照して発光装置１Ａについて説明する。また、既に説明した構成は同じ符号を付して適宜省略する。
図６に示すように、発光装置１Ａは、発光素子２と、発光素子２の光取出面３Ａに設けた透光性部材１０と、透光性部材１０の光取出面１０Ａに設けた蛍光体層２０とを備え、透光性部材１０の素子接合面１０Ｂにおいて発光素子２の周囲となる位置に反射層１１が設けられている。蛍光体層２０は、透光性部材１０の光取出面１０Ａから出射された光に所定の作用（例えば、光の波長を変換させたり、光を乱反射させたりする作用）を及ぼす機能を有する。この蛍光体層２０は、平面視で透光性部材１０と略同じ大きさで形成されている。そして、蛍光体層２０は、透光性部材１０の光取出面１０Ａ上に常温接合により直接接合されることが好ましい。蛍光体層２０は、使用される発光素子２からの少なくとも一部の光を吸収する蛍光体と、必要に応じて、発光装置１Ａからの光として得たい波長の光に対して透光性を有する部材との組み合わせであればどのようなものも用いることができる。
蛍光体層２０は、発光素子２の半導体積層構造体８から取り出した光の色と組み合わせて、所望の色調の光が得られる蛍光体が含まれる。蛍光体は一般的に用いられる酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。そのような蛍光体として、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）をＣｅ等で賦活したＹＡＧ系蛍光体や、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で賦活した窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等が挙げられる。蛍光体層２０は、蛍光体板として、これらの蛍光体と一体に焼結して形成されたガラス等の無機材料を適用することもできる。なお、蛍光体層２０の屈折率は、透光性部材１０の屈折率と同程度とするか、同一にするのが好ましい。なお、蛍光体層２０は、一例として、厚みが５０〜２００μｍ、大きさは矩形（長方形及び正方形）の長辺あるいは一辺の長さが２〜５ｍｍで形成されている。
蛍光体層２０を備える発光装置１Ａは、破線の矢印で示すように、発光素子２から発光した光が透光性部材１０内を通り、かつ、蛍光体層２０を通って、蛍光体層２０の光取出面２０Ａから出射される。このときに、発光装置１Ａでは、透光性部材１０と蛍光体層２０との界面や、蛍光体層２０の光取出面２０Ａ（大気との界面）から光が反射されて戻されるものがある。その戻された光は、反射層１１により再び蛍光体層２０の光取出面２０Ａに反射されて出力される。したがって、発光素子２の光取出面３Ａを外れた位置に光が戻ってくる場合でも、反射層１１が透光性部材１０に設けられているために、再び反射して取出すことができる。したがって、発光装置１Ａは、従来の構成と比較して光取出し効率を向上させることができる。
蛍光体層２０を備える発光装置１Ａは、すでに説明した製造方法と同様な方法により製造することが可能である。具体的には、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１製造方法〜第３製造方法のはじめに準備される透光性部材１０となる透光材料１００の一側全面に、蛍光体層２０となる光学材料２００を設けた構成とする。そして、前記した第１製造方法の各工程Ｓ１〜Ｓ８、第２製造方法の各工程Ｓ１１〜Ｓ１８、第３製造方法の各工程Ｓ２１〜Ｓ２７を行うことで発光装置１Ａを製造することができる。
なお、発光装置１Ｂとして、図８に示すように、蛍光体層２０ａが平面視で透光性部材１０の幅よりも大きく形成される構成としても構わない。このように、蛍光体層２０ａが透光性部材１０よりも大きく形成されることにより、透光性部材１０の周縁側から出力される光を蛍光体層２０内に取り込んで出力することができるので、より光取出効率を向上させることが可能となる。なお、蛍光体層２０ａは、一例として、透光性部材１０に対して、一辺において５０μｍ以上大きくなるよう構成されている。
また、レンズ型発光装置１Ｃとして、図９に示すように、発光素子２のｎ側パッド電極４ｎとｐ側パッド電極６ｐとをバンプ等の接合部材で実装基板３０に接合すると共に、蛍光体層２０側に封止部材としてレンズ４０を設け、実装基板３０及びレンズ４０の間を反射材料５０で充填する構成としても構わない。このレンズ型発光装置１Ｃでは、充填された反射材料５０が、既に説明した反射層１１の役割を果たすので、レンズ４０からの光取出効率を向上させることが可能となる。レンズ４０は、封止部材として、サファイア、ＧａＮ、ガラス、樹脂などで形成されたものであればよく、蛍光体を含んでいてもよい。レンズ４０を用いることにより、光を屈折させて集束（又は拡散）させることができる。
なお、以上説明した各発光装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの構成において、以下に示すような態様であっても構わない。
透光性部材１０と接合される発光素子２の基板３をサファイア基板として説明したが、透光性部材１０と接合される基板３をＧａＮ（半導体積層構造体８と同等）として構成した場合には、透光性部材１０は、ＧａＮと同等以上の屈折率とする等、透光性部材１０と接合される部材に対応させる。
透光性部材１０と接合される発光素子２の基板３をサファイア基板として説明したが、透光性部材１０と接合される基板３をＧａＮ（半導体積層構造体８と同等）として構成した場合には、透光性部材１０は、ＧａＮと同等以上の屈折率とする等、透光性部材１０と接合される部材に対応させる。
また、発光素子２と透光性部材１０（透光材料１００）との直接接合としては、例えば、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合などが挙げられ、これらのうちの一つを選択して用いることができる。そして、表面活性化接合とは、接合対象である部材の表面層に付着した酸化物や水分、有機物などといった不純物を表面層の一部ごと除去し、表面の原子の結合手同士を常温で直接結合する方法である（参考文献：国際公開第２０１１／１２６０００号公報）。また、原子拡散接合とは、互いの部材の接合面に超高真空中で微細結晶膜を形成し、それらの薄膜を真空中で重ね合わせて接合する方法である。さらに、水酸基接合とは、接合対象である部材の接合面に親水化処理を施すことにより水酸基（ＯＨ基）を形成し、接合面を接触させることにより互いの水酸基同士を水素結合させて接合する方法である。
さらに、反射層１１は、誘電体多層膜、金属膜、保護層として説明したが、誘電体多層膜のみ、金属膜のみ、誘電体多層膜と保護層、金属膜と保護層であることや、白色樹脂層、塗装層等、散乱反射をすることができる材料であっても構わない。
また、発光装置１Ａ，１Ｂでは、光学部材として、蛍光体層２０を具体例として説明したが、蛍光体層２０に限定されることなく、例えば、蛍光体板やサファイア基板、ＧａＮ基板及びレンズなどが挙げることができ、そのいずれかを設ける構成としても構わない。
また、発光装置１Ａ，１Ｂでは、光学部材として、蛍光体層２０を具体例として説明したが、蛍光体層２０に限定されることなく、例えば、蛍光体板やサファイア基板、ＧａＮ基板及びレンズなどが挙げることができ、そのいずれかを設ける構成としても構わない。
また、例えば、光学部材として、サファイア基板を用いる場合は、サファイアを平板状部材として使用し、ＧａＮ基板を用いる場合は、ＧａＮを平板状部材として使用することとしてもよい。これらの基板を透光性部材１０上に接合することで、発光装置１Ａ，１Ｂの光伝播層としての厚さを増加させることができる。従って、発光装置１Ａ，１Ｂは、当該発光装置内での光多重反射の反射回数を低減することができ、光閉じ込めや光吸収を抑制することができる。光学部材は、その屈折率を、透光性部材１０の屈折率と同程度とするか、同一にするのが好ましい。
そして、支持基板ＫＢの接着層ａｄの材料は、例えば、光硬化性樹脂を使用してもよく、また、既存の接着剤であれば限定されるものではない。
そして、支持基板ＫＢの接着層ａｄの材料は、例えば、光硬化性樹脂を使用してもよく、また、既存の接着剤であれば限定されるものではない。
さらに、発光装置１Ｃの構成において、以下に示すような態様であっても構わない。図９に示す発光装置１Ｃにおいて、レンズ４０を備えない構成や、レンズ４０の有無にかかわらず反射材料５０が透光性部材１０の側面だけでなく、蛍光体層２０の側面も覆う構成であってもよい。また、発光装置１Ａ，１Ｂの構成において、接合した発光素子２の側面から光が漏れる虞がある場合には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、発光装置１Ａ、１Ｂにおける発光素子２の側面を反射材料５０で覆う構成とすることにより、光の漏れを防ぐこともできる。
そして、反射材料５０に含まれる樹脂や白色散乱材（チタニアなど）が発光素子２からの光を吸収する場合には、図９に示すように反射材料５０のみで覆うよりも、反射層１１及び反射材料５０の両方で覆うことが好ましい。すなわち、図９に示す発光装置１Ｃにおいても、図１０（ａ）から（ｄ）に示されるように、反射材料５０が、透光性部材１０に設けられた反射層１１を覆うことが好ましい。これにより、発光装置としての光取り出し効率を上げることができる。なお、反射層１１と反射材料５０の両者を有する場合には、反射材料５０としての光を反射させる効果は、反射層１１のほうでは小さく、発光素子２の側面のほうで大きい。
さらに、図１０（ｃ）に示すように、図１で既に説明した発光装置１に、図９で既に説明した実装基板３０及び反射材料５０を備える装置１Ｄとして構成しても構わない。また、図１０（ｄ）に示すように、図１で既に説明した発光装置１に、図９で既に説明した実装基板３０、反射材料５０、レンズ４０を設ける構成の装置１Ｅとしても構わない。
本願発明は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレターなど、種々の光源に使用することができる。
１，１Ａ，１Ｂ 発光装置
１Ｃ レンズ型発光装置（発光装置）
２ 発光素子
３ 基板
３Ａ 光取出面
４ ｎ型半導体層
４ｎ ｎ側パッド電極
５ 活性層
６ ｐ型半導体層
６ａ ｐ側全面電極層
６ｐ ｐ側パッド電極
８ 半導体積層構造体
９ 保護膜
１０ 透光性部材
１０Ａ 光取出面
１０Ｂ 素子接合面
１０ｂ 接合位置
１１ 反射層
２０，２０ａ 蛍光体層
２０Ａ 光取出面
３０ 実装基板
４０ レンズ
５０ 反射材料
１００ 透光材料
１１１ 誘電体多層膜
２００ 光学材料
Ａｐ アライメントマーク
ＫＢ 支持基板
Ｍ マスク
ａｄ 接着層
１Ｃ レンズ型発光装置（発光装置）
２ 発光素子
３ 基板
３Ａ 光取出面
４ ｎ型半導体層
４ｎ ｎ側パッド電極
５ 活性層
６ ｐ型半導体層
６ａ ｐ側全面電極層
６ｐ ｐ側パッド電極
８ 半導体積層構造体
９ 保護膜
１０ 透光性部材
１０Ａ 光取出面
１０Ｂ 素子接合面
１０ｂ 接合位置
１１ 反射層
２０，２０ａ 蛍光体層
２０Ａ 光取出面
３０ 実装基板
４０ レンズ
５０ 反射材料
１００ 透光材料
１１１ 誘電体多層膜
２００ 光学材料
Ａｐ アライメントマーク
ＫＢ 支持基板
Ｍ マスク
ａｄ 接着層
Claims (12)
- 発光素子と、
前記発光素子の光取出面側に設けた透光性部材と、を備え、
前記透光性部材は、平面視で前記発光素子の光取出面よりも大きな面積に形成されており、
前記透光性部材の前記発光素子が設けられた素子接合面に、前記発光素子に隣接して反射層が設けられ、
前記反射層は、前記素子接合面に誘電体多層膜と金属膜とがこの順に積層されている発光装置。 - 前記透光性部材は、前記発光素子の前記透光性部材と接合する部位の屈折率と同じ又は高い屈折率を有する請求項１に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の前記素子接合面とは反対側の光取出面に蛍光体層が設けられた請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層は、平面視で前記透光性部材よりも大きな面積で形成された請求項３に記載の発光装置。
- 前記反射層は、前記金属膜の前記誘導体多層膜とは反対側に設けられた保護膜をさらに含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記反射層は、前記素子接合面に前記誘導体多層膜と前記金属膜と前記保護膜とがこの順に積層されている請求項５に記載の発光装置。
- 前記発光素子、前記透光性部材および前記蛍光体層から選択された少なくとも一つの部材の、少なくとも側面を覆うように設けられた反射材料と、前記発光素子の光取出面とは反対側に設けた実装基板とを備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記反射材料は、前記反射層を覆う請求項７に記載の発光装置。
- 請求項１から請求項４のいずれか一項の発光装置を製造する発光装置の製造方法において、
透光性部材の一方面に、誘電体多層膜との前記透光性部材とは反対側に設けられた金属膜とを含む反射層を設ける反射層形成工程と、
発光素子の接合位置に設けられた反射層をエッチングして除去する接合位置形成工程と、
支持基板に配列した複数の発光素子の光取出面を前記透光性部材に形成した前記接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、
前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項の発光装置を製造する発光装置の製造方法において、
発光素子の接合位置をマスクした透光性部材の一方面に、誘電体多層膜との前記透光性部材とは反対側に設けられた金属膜とを含む反射層を設ける反射層形成工程と、
前記マスク及び前記マスク上の反射層をリフトオフして除去し、前記発光素子の接合位置を前記透光性部材に形成する接合位置形成工程と、
支持基板に配列した複数の発光素子の光取出面を前記透光性部材に形成した前記接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、
前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 請求項１から請求項４のいずれか一項の発光装置を製造する発光装置の製造方法において、
支持基板にレジストを介して配列した複数の発光素子の光取出面を透光性部材の接合位置と対面させて接合した後、前記支持基板を除去する発光素子接合工程と、
前記透光性部材及び前記発光素子の前記レジストに反射層を設ける反射層形成工程と、
前記レジスト及び前記レジスト上の反射層をリフトオフして除去し発光素子の光取出面とは反対側の面を露出する除去工程と、
前記発光素子を接合した透光性部材を前記発光素子の光取出面よりも大きくなるように個片化する個片化工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材の前記素子接合面とは反対側の光取出面に蛍光体層を形成した後、前記各工程を行う請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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