CN102918662B - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制元件内部的光的衰减、且出光效率高的发光装置及其制造方法。该发光装置依序包含透光性部件、具有半导体层叠部的发光元件、以及设置在半导体层叠部的电极，发光元件自透光性部件侧起具有第1区域及第2区域，透光性部件自发光元件侧起具有第3区域及第4区域，与第2区域相比，第1区域的原子排列不规则，与第4区域相比，第3区域的原子排列不规则，第1区域与第3区域直接接合。

Description

发光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有发光元件和透光性部件的发光装置及其制造方法。

背景技术

以往，为提高发光装置的出光效率而进行了各种尝试。例如在专利文献1中，将p电极设为光反射层，从而利用p电极使光反射来实现出光效率的提高。在专利文献2中，通过在基板面设置凹凸，来实现出光效率的提高。

专利文献1：日本特开2007-157853号公报

专利文献2：日本特开2008-060286号公报

发明内容

然而，即便使用例如以往的构造，也无法完全取出光。即，存在如下问题：光的一部分在发光元件的上下面重复反射后被取出至外部，但反射次数越多则光越被电极等吸收而越衰减。

因此，本发明的目的在于提供一种抑制元件内部的光的衰减、且出光效率高的发光装置及其制造方法。

本发明的发光装置按顺序具有：透光性部件、具有半导体层叠部的发光元件和设置在半导体层叠部的电极。尤其本发明的发光装置的特征在于：发光元件从透光性部件侧具有第1区域和第2区域，透光性部件从发光元件侧具有第3区域和第4区域，与第2区域相比，第1区域的原子排列不规则，与第4区域相比，第3区域的原子排列不规则，第1区域与第3区域直接接合。

本发明的发光装置的制造方法的特征在于包含：发光元件准备工序，准备具有设置了电极的半导体层叠部的发光元件；透光性部件准备工序，准备透光性部件；以及接合工序，在设置了电极侧的相反侧，将发光元件与透光性部件直接接合。

根据以上那样构成的本发明，能够提供一种抑制元件内部的光的衰减，且出光效率高的发光装置及其制造方法。

附图说明

图1是用于说明本发明的一个发光装置的剖面的图。

图2是图1的虚线部分的放大图。

图3A是本发明的一个发光装置的制造方法中的发光元件及透光性部件准备工序的图。

图3B是在本发明的一个发光装置的制造方法中，使发光元件与透光性部件的接合面活化的工序的图。

图3C是在本发明的一个发光装置的制造方法中，将发光元件与透光性部件接合的工序的图。

附图标记的说明如下：

10发光元件；11基板；11a第1区域；11b第2区域；12半导体层叠部；13n电极；14p电极；14a电流扩散部；14b焊盘部；20透光性部件；20a第3区域；20b第4区域。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。其中，以下所示的方式是用于使本发明的技术思想具体化的发光装置及其制造方法的例示，不将本发明限定为以下。另外，实施方式所记载的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要未特殊记载，则并非将本发明的范围仅限定于此的含义，而只不过是例示。此外，各附图所示的部件的大小、位置关系等，存在为明确说明而将其夸张地表示的情形。进而，为简化说明，对相同或同质的构成要件标注相同的附图标记，并适当省略其说明。

图1表示与本实施方式的发光装置的光观测面垂直的方向上的剖面图，图2表示图1的虚线部分的放大图。

如图1所示，本发明的一方式的发光装置按顺序包含透光性部件20、具有半导体层叠部12的发光元件10和设置在半导体层叠部12的电极13、14。即，透光性部件20与电极13、14经由发光元件10位于相反侧。进而，如图2所示，发光元件10自透光性部件20侧起具有第1区域11a及第2区域11b，透光性部件20自发光元件10侧起具有第3区域20a及第4区域20b。此处，与第2区域11b相比，第1区域11a的原子排列不规则，与第4区域20b相比，第3区域20a的原子排列不规则，第1区域11a与第3区域20a直接接合。

在如上构成的实施方式的发光装置中，能够增厚光重复反射的部分（半导体层叠部12、基板11和透光性部件20的合计厚度），因此能够减少光照射到电极13及14的次数。由此，主要能够降低在电极13及14处的光的吸收，从而能够提高作为发光装置的出光效率。

以下进行详细说明。

在不具备透光性部件20的情况下，从半导体层叠部12产生的光的一部分由于与外部的折射率差，一面在发光元件10的内部重复反射，一面这一部分的光被取出至外部。另一方面，设置在半导体层叠部12上的电极13、14无论使用何种材料，也无法完全反射或透过光，而会吸收一部分的光。若光在半导体层叠部12与电极13、14的界面被反射的次数越多，则该电极对光的吸收越多，光的一部分被电极吸收，导致作为发光装置的出光效率降低。因此，在发光元件10上直接接合透光性部件20，并通过仅增大透光性部件20的厚度而实质性地增大发光元件10的厚度，从而能够减少在被取出到发光装置外部之前的光在电极界面的反射次数。由此，能够抑制电极对光的吸收，从而能够获得出光效率优异的发光装置。

发光元件通过将1块晶片切割为各个元件而得，但当前的情况下，考虑再现性及量产性，需要在切割时使晶片厚度薄至某种程度。例如，即便在由于蚀刻等除去半导体层叠部而露出蓝宝石基板的状态下，若不使蓝宝石基板的厚度最大为400μm左右则难以各个地切割。由于此种状况，若直接使用较厚的基板则最终无法获得各个发光元件。于是，通过在发光元件10之外另行设置透光性部件20，来实质性地增厚发光元件10。

另外，在本发明中，除了实质性地增厚发光元件10以外，优选透光性部件20具有大致均匀的折射率与透过率，且相对于来自半导体层叠部20的光为实质上透明的。此外，折射率与透过率实质上均匀的透光性部件是指内部不含萤光体、扩散材料等（以下，仅称为萤光体等）反射光的物质，能够使光在内部不发生反射、散射而直线前进的透光性部件。

如此，若透光性部件20具有大致均匀的折射率与透过率，则能够更有效地抑制电极处的光的吸收，防止出光效率的恶化。其原因是当透光性部件中包含因来自半导体层叠部的光而发光的萤光体等的情况下，光的一部分在萤光体等的表面向电极方向反射，因此会产生电极对光的吸收。

另外，在本实施方式的发光装置中，原子排列不规则的第1区域11a与第3区域20a一体地接合，因此可抑制在该接合界面处的反射。进而，第1区域11a与第3区域20a一体地接合，所以能够缓和发光元件10与透光性部件20的界面处的形变。由此，发光元件10与透光性部件20直接接触，即便因发光元件10中产生的发热而在两者间产生的热应力大，也能够获得接合强度强的发光装置。

如上所述，在本说明书中，“第1区域11a”是在发光元件10中与波长变换部件20直接接触的区域。另外，“第2区域11b”是发光元件10中的与“第1区域11a”邻接（直接接触）的区域。同样地，“第3区域20a”是在波长变换部件20中与发光元件10直接接触的区域。另外，“第4区域20b”是在波长变换部件20中与“第3区域20a”邻接的区域。

这样，与第2区域11b相比原子排列不规则的第1区域11a和与第4区域20b相比原子排列不规则的第3区域20a直接接触而接合，从而形成接合界面X，且第2区域11b与第4区域20b分别离开接合界面X。

在本说明书中，第1区域11a及第2区域11b（第3区域20a及第4区域20b）相互邻接，但第1区域及第2区域在不同部件间邻接那样的情况并不是本发明中所称的第1区域及第2区域。例如，在发光元件自表面侧起具有GaN层及AlGaN层的情况下，无法将GaN层设为第1区域，将AlGaN层设为第2区域。即，本说明书中的第1区域11a及第2区域11b（第3区域20a及第4区域20b）原本为一个部件，将该部件的一部分称为第1区域，将该部件中的另一部分称为第2区域。是否为某部件的一部分，例如能够通过利用高分辨率透过电子显微镜的以原子量级的剖面观察或元素分析所得到的组成的对比来进行判断。

优选第1区域11a与第3区域20a的一方，更优选双方均为非晶质（非晶态）。由此，认为能够进一步抑制发光元件10与透光性部件20之间的形变。

优选第2区域11b与第4区域20b的一方为多晶或单晶，更优选双方均为多晶或单晶。该情况下，更优选为单晶。在第2区域11b及/或第4区域20b为多晶或单晶（尤其是单晶）的情况下，若第2区域11b与第4区域20b直接接合，则在两者之间易产生形变，因此，此种情况下，本实施方式尤其有效。

根据形变缓和的观点，优选第1区域11a及第3区域20a实质上设在接合界面X的整个区域。然而，第1区域11a及第3区域20a直接接合的区域即便为接合界面X的一部分也当然包含于本发明的范围内。

优选第1区域11a及第3区域20a的厚度分别为1nm以上、20nm以下，进而优选为2nm以上、10nm以下。由此，能够充分获得缓和形变的效果，从而能够增强接合强度。进而，若将第1区域11a及第3区域20a的原子排列设为不规则，则也有可能对出光产生恶劣影响，但通过设为上述范围，能够使光衰减的部分的厚度足够薄，因此能够减少光的损耗。

优选发光元件10中的与透光性部件接触的部位11为与透光性部件20相同的材料。例如，能够将发光元件10的基板11设为蓝宝石，使由蓝宝石形成的透光性部件20与该部位接合。另外，也能够从发光元件10除去基板11而露出GaN层，并使由GaN形成的透光性部件与该部位接合。由此，能够实质上消除因折射率差引起的界面反射，因此能够抑制电极对光的吸收，能够更进一步地提高出光效率。进而，能够使基板与支承体的构成元素相同，因此能够期待两者的接合强度更强的效果。

发光元件10并无限定，可使用众所周知的发光元件。例如，如图1所示，发光元件10具有基板11、设在基板11上的半导体层叠部12、和设置在半导体层叠部12的同一面侧的n电极13及p电极14（p电极14由电流扩散部14a与焊盘部14b构成）。作为基板11，能够使用蓝宝石、GaN等。作为半导体层叠部12，能够使用由含有n层及p层的多个氮化物半导体层（AlXInYGa1-X-YN（0≤X≤1、0≤Y≤1、0≤X+Y≤1））层叠而成的层叠部等。从出光的观点来看，优选为将透光性部件20侧作为观测面侧的面朝下（倒装芯片）安装。

作为设于半导体层叠部12的电极，能够使用ITO、Ag、Al等周知之的材料。例如，作为占据较大面积的电流扩散部14a，即便使用反射率高的Ag，由于一部分光会被Ag吸收，因此无法使光完全反射。另一方面，即便使用透光性高的ITO作为电流扩散部14a，由于一部分的光会被ITO吸收，因此无法使光完全透过。于是，通过进一步设置透光性部件20，能够实际上增厚发光装置而提高出光效率。此外，在将透光性部件20侧作为观测面侧的情况下，若使用Ag等的反射电极，则能够有效地出光，因而优选。

在将透光性部件20侧作为观测面侧的情况下，也能够将透光性部件20设为凸形等，使其作为透镜发挥作用。由此，在发光元件10上直接设置作为透光性部件20的透镜，因此能够高效率地取出来自发光元件10的光。

在将透光性部件20侧作为观测面侧的情况下，能够使透光性部件20的观测面侧的面积大于发光元件10与透光性部件20的接合面积，且至少能够在透光性部件20的观测面侧设置萤光体层（未图示）。由此，与无透光性部件20而在发光元件10的观测面侧设置萤光体层的情形相比，能够减小照射到萤光体层的光的密度，因此能够提高萤光体的寿命。

图3表示本发明的一方式的发光装置的制造方法。如图3所示，本实施方式的发光装置的制造方法包含：发光元件准备工序，准备具有设置了电极13、14的半导体层叠部12的发光元件10（参照图3A）；透光性部件准备工序，准备透光性部件20、优选准备不含萤光体等的具有实质上均匀的折射率及透过率的透光性部件20（参照图3A）；以及接合工序，在设有电极13、14侧的相反侧直接接合发光元件10与透光性部件20（参照图3B及图3C）。

由此，能够通过仅增大透光性部件20的厚度而实质性地增大发光元件10的厚度，所以能够制造出光效率被提高的发光装置。详细内容如上所述，因此此处不作说明。

此外，对图3的例子而言，在发光元件准备工序中已将电极13、14设在半导体层叠部12，但作为其他方式，也能够另外设置电极形成工序（未图示）。即，也能够包含：准备具有半导体层叠部的发光元件的发光元件准备工序、准备透光性部件的透光性部件准备工序、将发光元件与透光性部件直接接合的接合工序、在接合了透光性部件侧的相反侧在半导体层叠部形成电极的电极形成工序。无论是否分别设置发光元件准备工序与电极形成工序，均能够获得与上述相同的效果。

优选发光元件10中的与透光性部件20接触的部位与透光性部件20为相同的材料。由此，能够实质上消除因折射率差引起的界面反射，因此能够制造出光效率进一步提高的发光装置。进而，能够使基板与支承体的构成元素相同，因此能够期待两者的接合强度更强的效果。

发光元件10与透光性部件20的接合方法并无限定，能够采用热压接或表面活化接合法等，优选采用表面活化接合法。利用表面活化接合法，能够将发光元件10与透光性部件20牢固地接合。在表面活化接合法中，利用溅射蚀刻形成第1区域11a及第3区域20a，使两者为一体，这样能够吸收发光元件10与透光性部件20之间的形变（参照图2）。详细内容如上所述，因此此处省略说明。

此处，“表面活化接合法”指利用离子束或等离子体等对发光元件10及透光性部件20的接合面进行溅射蚀刻，使两接合面活化之后，在其接合面将发光元件10及透光性部件20直接接合（参照图3B及图3C）。第1区域及第3区域通过活化表面用的溅射蚀刻而形成。

此外，当利用表面活化接合法在蓝宝石（单晶的氧化铝）表面设置非晶质的第1区域或第3区域时，由于这些区域并非单晶，因此准确地说，不成为蓝宝石，而成为非晶质的氧化铝，但本说明书中对于不是单晶、或非晶质的氧化铝也仅称为“蓝宝石”。

当利用表面活化接合法，将发光元件10与透光性部件20接合时，优选发光元件10不使用晶片而使用各个分割后的分割元件（本说明书中不仅将各个分割后的分割元件称为“发光元件”，也将晶片状态的元件称为“发光元件”）。即，通常，在晶片的发光元件中，峰值波长、输出等特性根据晶片的位置而不同。然而，若为将晶片切割成各个分割元件而成的发光元件，则能够任意选择具有相同或类似的特性的元件，因而优选。

例如，第1，在1块粘接片材上配置任意选择出的各个发光元件，第2，利用表面活化接合法将配置于粘接片材的各个发光元件与晶片状的透光性部件接合（本说明书中，不仅将各个分割后的元件称为“透光性部件”，也将晶片状态的元件称为“透光性部件”），第3，除去粘接片材，第4，能够根据需要将透光性部件分割为各个发光装置。将分割为各个的发光元件与晶片的透光性部件接合，进而将透光性部件各个地分割，从而能够更容易地将发光装置设为厚膜。即，为将发光元件及透光性部件各个地分割，需要使一次分割工序中的分割膜厚薄至某种程度，但通过分别地进行分割工序，能够将发光装置设为更厚的膜。

另一方面，在使用蓝宝石作为透光性部件，并通过一次分割工序仅分割蓝宝石的情况下，若不将蓝宝石的膜厚减薄至某种程度，则难以各个地分割。因此，蓝宝石的膜厚能够设为200μm以上、600μm以下，优选为300μm以上、500μm以下，更优选为350μm以上、450μm以下。由此，能够容易地分割透光性部件，并且能够获得对于提高出光而言足够的膜厚。

另一方面，若加热发光元件，则存在电极或发光层劣化的可能性，但表面活化接合法并非必须要进行加热。由此，能够无损发光元件的特性而将发光元件10与透光性部件20接合。虽然也依赖于电极的材料及构成、半导体层叠部的材料及构成，但表面活化接合法的实施温度的范围优选为0℃以上、300℃以下，更优选为0℃以上、200℃以下，进而优选为0℃以上、100℃以下，更进一步优选为0℃以上、50℃以下。由此，能够无损发光元件的特性而牢固地接合。

在使用表面活化接合法的情况下，发光元件10及透光性部件20的接合面分别能够将表面粗糙度（Ra）优选设为10nm以下，更优选设为5nm以下，进一步优选设为1nm以下。由此，能够容易且牢固地将发光元件10及透光性部件20接合。

在使用表面活化接合法的情况下，发光元件10中的与透光性部件20接触的部位优选由蓝宝石或GaN形成，透光性部件20优选由蓝宝石或GaN形成。两者易使表面平滑，因此能够更容易地进行表面活化接合法。

[产业上的可利用性]

本发明的一实施方式的发光装置例如能够利用于照明装置或显示装置等。

Claims (20)

1.一种发光装置，其按顺序包括透光性部件、具有基板和设置在该基板的半导体层叠部的发光元件、以及设置在上述半导体层叠部的电极，其特征在于，

上述基板从上述透光性部件侧起具有第1区域和第2区域，

上述透光性部件从上述发光元件侧起具有第3区域和第4区域，

与上述第2区域相比，上述第1区域的原子排列不规则，

与上述第4区域相比，上述第3区域的原子排列不规则，

上述第1区域与上述第3区域直接接合。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述第1区域与上述第3区域的一方是非晶质。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

上述第1区域以及上述第3区域均为非晶质。

4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

上述第1区域以及上述第3区域的厚度分别在1nm以上且在20nm以下。

5.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

上述第1区域以及上述第3区域的厚度分别在2nm以上且在10nm以下。

6.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，

上述发光元件中的与上述透光性部件接触的部位与上述透光性部件为相同的材料。

7.一种发光装置的制造方法，其特征在于，

包含：

发光元件准备工序，准备在基板上具有设置了电极的半导体层叠部的发光元件；

透光性部件准备工序，准备透光性部件；以及

接合工序，将上述基板与上述透光性部件直接接合。

8.根据权利要求7所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

上述发光元件中的与上述透光性部件接触的部位与上述透光性部件为相同的材料。

9.根据权利要求7或8所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

利用表面活化接合法，使上述发光元件与上述透光性部件接合。

10.根据权利要求9所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、300℃以下的范围。

11.根据权利要求9所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、200℃以下的范围。

12.根据权利要求9所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、100℃以下的范围内。

13.根据权利要求9所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

上述发光元件中的与透光性部件接触的部位由蓝宝石或GaN形成，透光性部件由蓝宝石或GaN形成。

14.一种发光装置的制造方法，其特征在于，

包含：

发光元件准备工序，准备在基板上具有半导体层叠部的发光元件；

透光性部件准备工序，准备透光性部件；

接合工序，将上述基板与上述透光性部件直接接合；以及

电极形成工序，在接合上述透光性部件侧的相反侧，在上述半导体层叠部形成电极。

15.根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

上述发光元件中的与上述透光性部件接触的部位与上述透光性部件为相同的材料。

16.根据权利要求14或15所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

利用表面活化接合法，使上述发光元件与上述透光性部件接合。

17.根据权利要求16所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、300℃以下的范围。

18.根据权利要求16所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、200℃以下的范围。

19.根据权利要求16所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

将上述表面活化接合法的接合温度设定在0℃以上、100℃以下的范围内。

20.根据权利要求16所述的发光装置的制造方法，其特征在于，

上述发光元件中的与透光性部件接触的部位由蓝宝石或GaN形成，透光性部件由蓝宝石或GaN形成。