JP2009158505A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能な発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１と、半導体材料（シリコン）により形成されＬＥＤチップ１が収納されるパッケージ２とを備え、ＬＥＤチップ１から放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部４がパッケージ２に一体に設けられている。パッケージ２に、ＬＥＤチップ１から光検知部４への熱伝導を阻止する熱絶縁部６を設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、図７に示すように、ＬＥＤチップ１と、３枚のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が収納されるパッケージ２とを備え、ＬＥＤチップ２から放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部４がパッケージ２に一体に設けられた発光装置が提案されている（特許文献１参照）。

ここにおいて、上述のパッケージ２は、第１のシリコン基板２０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が実装されるベース基板２０と、第２のシリコン基板３０ａを用いて形成されてベース基板２０に接合されＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御する配光用基板３０と、第３のシリコン基板４０ａを用いて形成されて配光用基板３０に接合され光検知部４が設けられた光検知基板４０とを有しており、ＬＥＤチップ１への電流供給はベース基板２０に形成された貫通孔配線２４を介して行われ、光検知部４への電流供給はベース基板２０に形成された貫通孔配線２４および配光用基板３０に形成された貫通孔配線３４を介して行われる。

ところで、上述の発光装置では、光出力の高出力化を図りながらもＬＥＤチップ１の発熱によりＬＥＤチップ１のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないようにするために、ＬＥＤチップ１に熱結合される複数のサーマルビア２６をベース基板２０に貫設してある。
特開２００７−２９４８３４号公報

図７に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１で発生した熱がサーマルビア２６を伝熱経路としてベース基板２０の裏面側へ伝熱されるが、一部は当該ベース基板２０、配光用基板３０を介して光検知基板４０の光検知部４にも伝熱されてしまうので、ＬＥＤチップ１の温度上昇に起因して光検知部４の温度が上昇し、光検知部４の温度特性により当該光検知部４の出力が変動してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能な発光装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、半導体材料により形成されＬＥＤチップが収納されるパッケージとを備え、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた発光装置であって、パッケージにＬＥＤチップから光検知部への熱伝導を阻止する熱絶縁部を設けてなることを特徴とする。

この発明によれば、半導体材料により形成されＬＥＤチップが収納されるパッケージにＬＥＤチップから光検知部への熱伝導を阻止する熱絶縁部を設けてあるので、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記パッケージは、前記半導体材料からなる第１の半導体基板を用いて形成され前記ＬＥＤチップが実装されるベース基板と、前記半導体材料からなる第２の半導体基板を用いて形成されてベース基板に接合され前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する配光用基板と、前記半導体材料からなる第３の半導体基板を用いて形成されて配光用基板に接合され前記光検知部が設けられた光検知基板とを有し、ベース基板に前記熱絶縁部を設けるとともに、ベース基板において前記ＬＥＤチップが搭載されるチップ搭載部と前記熱絶縁部との間に当該ベース基板の厚み方向に貫通し前記ＬＥＤチップに熱結合されるサーマルビアを設けてなることを特徴とする。

この発明によれば、ベース基板において前記ＬＥＤチップが搭載されるチップ搭載部と前記熱絶縁部との間に当該ベース基板の厚み方向に貫通し前記ＬＥＤチップに熱結合されるサーマルビアを設けてあるので、前記ＬＥＤチップで発生した熱をサーマルビアから集中的に放熱させることができ、前記光検知部の温度上昇をより抑制できる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記パッケージは、前記半導体材料からなる第１の半導体基板を用いて形成され前記ＬＥＤチップが実装されるベース基板と、前記半導体材料からなる第２の半導体基板を用いて形成されてベース基板に接合され前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する配光用基板と、前記半導体材料からなる第３の半導体基板を用いて形成されて配光用基板に接合され前記光検知部が設けられた光検知基板とを有し、光検知基板における配光用基板との接合部と前記光検知部との間に前記熱絶縁部を設けてなることを特徴とする。

この発明によれば、光検知基板における配光用基板との接合部と前記光検知部との間に前記熱絶縁部を設けてあるので、前記光検知部への熱伝達をより抑制することが可能になる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記熱絶縁部は、前記半導体基板の厚み方向に貫設されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから前記光検知部への熱伝達をより一層抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記熱絶縁部は、ポリイミドにより形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記熱絶縁部の材料がポリイミドであるので、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセスとの整合性が良く、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセスでの製造が容易になる。

請求項６の発明は、請求項４記載の発光装置の製造方法であって、請求項４記載の発光装置の製造方法であって、前記熱絶縁部の形成にあたっては、前記半導体基板における前記熱絶縁部の形成予定領域を前記半導体基板の一表面側からエッチングすることにより前記熱絶縁部の形成予定領域に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に前記半導体材料に比べて熱伝導率の低い熱絶縁材料を埋め込んで熱絶縁材料部を形成する熱絶縁材料埋込工程と、前記半導体基板を他表面側からエッチングして熱絶縁材料部を露出させることにより当該熱絶縁材料部からなる前記熱絶縁部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記半導体基板の一表面に凹部を形成してから、当該凹部に熱絶縁材料を埋め込んで熱絶縁材料部を形成し、その後、前記半導体基板を他表面側からエッチングすることで前記半導体基板の厚み方向に貫通する前記熱絶縁部を形成することができるので、前記半導体基板において前記熱絶縁部を挟む両側の領域が前記熱絶縁部により分離された構造を容易に実現でき、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能な発光装置を提供できる。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記凹部形成工程と前記熱絶縁材料埋込工程との間に、前記半導体基板に配線を形成する配線形成工程を備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記半導体基板において前記熱絶縁部を挟む両側の領域が前記熱絶縁部により分離される前に当該両側の領域間に配線を形成することが可能になる。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能になるという効果がある。

請求項６の発明では、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップの温度上昇に起因した光検知部の出力変動を抑制することが可能な発光装置を提供できるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１および図２に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置は、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）を放射する１つのＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成され収納凹所２ａの内底面にＬＥＤチップ１が実装されたパッケージ（実装基板）２と、パッケージ２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形でパッケージ２に固着された透光性部材３と、パッケージ２に設けられＬＥＤチップ１から放射された光を検出するフォトダイオードからなる光検出部４と、パッケージ２の収納凹所２ａに充填された透光性の封止材（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラスなど）からなりＬＥＤチップ１および当該ＬＥＤチップ１に接続されたボンディングワイヤ１４（図２参照）を封止した封止部５と備えている。なお、透光性部材３は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。

ここにおいて、パッケージ２は、半導体材料であるシリコンからなる第１のシリコン基板２０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が実装されるベース基板２０と、第２のシリコン基板３０ａを用いて形成されてベース基板２０に接合されＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御する配光用基板３０と、第３のシリコン基板４０ａを用いて形成されて配光用基板３０に接合され光検知部４が設けられた光検知基板４０とを有している。要するに、パッケージ２は、半導体材料であるシリコンにより形成されている。なお、本実施形態では、第１のシリコン基板２０ａが第１の半導体基板を構成し、第２のシリコン基板３０ａが第２の半導体基板を構成し、第３のシリコン基板４０ａが第３の半導体基板を構成している。

パッケージ２は、ベース基板２０、配光用基板３０および光検知基板４０それぞれの外周形状が矩形状であり、配光用基板３０の中央部に矩形状の開口窓３１が形成され、光検知基板４０の中央部に円形状の光取出窓４１が形成されるとともに光取出窓４１の周部に光検知部４が形成されており、ベース基板２０と配光用基板３０と光検知基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。ここにおいて、配光用基板３０および光検知基板４０はベース基板２０と同じ外形寸法に形成されている。また、光検知基板４０の厚み寸法はベース基板２０および配光用基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。

上述のベース基板２０、配光用基板３０、光検知基板４０は、それぞれ、導電形がｎ形で主表面が（１００）面のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してあり、配光用基板３０の内側面が、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面により構成されており（つまり、配光用基板３０は、開口窓３１の開口面積がベース基板２０から離れるにつれて徐々に大きくなっており）、ＬＥＤチップ１から放射された光を前方へ反射するミラー２ｄを構成している。

ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの一表面側（図１（ａ）における上面側）に、ＬＥＤチップ１の両電極それぞれと電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａが形成されるとともに、配光用基板３０に形成された後述の２つの貫通孔配線３４，３４を介して光検知部４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂと第１のシリコン基板２０ａの他表面側（図１（ａ）における下面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂとがそれぞれ貫通孔配線２４を介して電気的に接続されている。また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面側に、配光用基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

本実施形態におけるＬＥＤチップ１は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、ベース基板２０は、ＬＥＤチップ１が電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａのうちの一方の導体パターン２５ａを、ＬＥＤチップ１がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部２５ａａと、ダイパッド部２５ａａに連続一体に形成され貫通孔配線２４との接続部位となる引き出し配線部２５ａｂとで構成してある。要するに、ＬＥＤチップ１は、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａにダイボンディングされており、ダイパッド部２５ａａ側の電極がダイパッド部２５ａａに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２５ａと電気的に接続されている。

また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの上記他表面側に、第１のシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部２８が形成されており、ダイパッド部２５ａａと放熱用パッド部２８とが第１のシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数（本実施形態では、９つ）の円柱状のサーマルビア２６を介して熱的に結合されており、ＬＥＤチップ１で発生した熱が各サーマルビア２６および放熱用パッド部２８を介して放熱されるようになっている。

ところで、ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａに、上述の４つの貫通孔配線２４それぞれが内側に形成される４つの貫通孔２２ａと、上述の９つのサーマルビア２６それぞれが内側に形成される９つの貫通孔２２ｂとが厚み方向に貫設され、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２ａ，２２ｂの内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８、各貫通孔配線２４および各サーマルビア２６が第１のシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。

ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜２３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線２４およびサーマルビア２６の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。

配光用基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの一表面側（図１（ａ）における下面側）に、ベース基板２０の２つの導体パターン２７ｂ，２７ｂと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５，３５が形成されるとともに、ベース基板２０の接合用金属層２９と接合される接合用金属層３６が形成されている。また、配光用基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの他表面側（図１（ａ）における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５，３５と電気的に接続される導体パターン３７，３７が形成されるとともに、光検知基板４０と接合するための接合用金属層３８が形成されている。

また、配光用基板３０は、上述の２つの貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される２つの貫通孔３２が第２のシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、第２のシリコン基板３０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔３２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜３３が形成されており、各導体パターン３５，３５，３７，３７および各接合用金属層３６，３８が第２のシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、各導体パターン３５，３５，３７，３７および各接合用金属層３６，３８は、絶縁膜３３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜３３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜３３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線３４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。

光検知基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの一表面側（図１（ａ）における下面側）に、配光用基板３０の２つの導体パターン３７，３７と接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７ａ，４７ｂが形成されるとともに、配光用基板３０の接合用金属層３８と接合される接合用金属層４８が形成されている。ここにおいて、光検知部４は、上述のようにフォトダイオードにより構成されており、光検知基板４０に形成された２つの導体パターン４７ａ，４７ｂの一方の導体パターン４７ａ（図１（ａ）における右側の導体パターン４７ａ）は、光検知部４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン４７ｂ（図１（ａ）における左側の導体パターン４７ｂ）は、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂを構成する第３のシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。

また、光検知基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４３が形成されており、当該絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検知基板４０は、上記一方の導体パターン４７ａが、絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ａを通してｐ形領域４ａと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７ｂが絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｂを通してｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターン４７ａ，４７ｂおよび接合用金属層４８は、絶縁膜４３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜４３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜４３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

また、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、シリコーン、アクリル樹脂、ガラスなど）からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材３は、パッケージ２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、パッケージ２側とは反対の光取り出し面に、ＬＥＤチップ１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材３の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が２次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、ＬＥＤチップ１の発光ピーク波長の１／４〜１００倍程度の範囲で適宜設定すればよい。

上述の発光装置の製造にあたっては、例えば、光検知部４、絶縁膜４３、各導体パターン４７ａ，４７ｂ、および接合用金属層４８が形成された第３のシリコン基板４０ａと配光用基板３０とを接合する第１の接合工程を行った後、第３のシリコン基板４０ａを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置などを用いて第３のシリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行うことで光検知基板４０を完成させてから、ＬＥＤチップ１が実装されたベース基板２０と配光用基板３０とを接合する第２の接合工程を行うことによりパッケージ２を完成させ、続いて、パッケージ２の収納凹所２ａに封止材を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後でパッケージ２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程を行うようにすればよい。ここにおいて、第１の接合工程、第２の接合工程では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する常温接合法を採用しているが、常温接合法に限らず、ＡｕＳｎや半田などの低融点共晶材料を用いた接合法を採用してもよい。

上述の第１の接合工程では、第３のシリコン基板４０ａの接合用金属層４８と配光用基板３０の接合用金属層３８とが接合されるとともに、第３のシリコン基板４０ａの導体パターン４７ａ，４７ｂと配光用基板３０の導体パターン３７，３７とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン４７ａ，４７ｂと導体パターン３７，３７との接合部位は、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン４７ａ，４７ｂと導体パターン３７，３７との互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、上述の第２の接合工程では、ベース基板２０の接合用金属層２９と配光用基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ベース基板２０の導体パターン２５ｂ，２５ｂと配光用基板３０の導体パターン３５，３５とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との接合部位は、貫通孔配線２４に重なる領域および貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。

また、本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の各シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａとして、それぞれベース基板２０、配光用基板３０、光検知基板４０を多数形成可能なシリコンウェハを用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材３を多数形成可能なウェハ状のもの（透光性ウェハ）を用い、上述の第１の接合工程、研磨工程、第２の接合工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、封止部形成工程、第３の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程によりパッケージ２のサイズに分割されている。したがって、ベース基板２０と配光用基板３０と光検知基板４０と透光性部材３とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージ２を実現できるとともに、製造が容易になる。また、配光用基板３０におけるミラー２ｄと光検知基板４０における光検知部４との相対的な位置精度を高めることができ、ＬＥＤチップ１から側方へ放射された光がミラー２ｄにより反射されて光検知部４へ導かれる。

ところで、本実施形態の発光装置は、上述のパッケージ２に、ＬＥＤチップ１から光検知部４への熱伝導を阻止する熱絶縁部６をベース基板２０の厚み方向に貫設してある。ここにおいて、熱絶縁部６は、上記半導体材料であるシリコンに比べて熱伝導率が低く且つ電気絶縁性を有する熱絶縁性材料であるポリイミドにより形成されている。また、本実施形態の発光装置では、ベース基板２０においてＬＥＤチップ１が搭載されるチップ搭載部であるダイパッド部２５ａａと熱絶縁部６との間に、ＬＥＤチップ１に熱結合される上述のサーマルビア２６が位置するように熱絶縁部６の位置を設定してあり、熱絶縁部６の平面視形状を枠状（矩形枠状）としてある。なお、熱絶縁部６の熱絶縁性材料としては、熱伝導率がシリコンの約１／１０００であるポリイミドを採用しているが、ポリイミドに限らず、例えば、フッ素系樹脂などを採用してもよい。

また、本実施形態の発光装置では、パッケージ２のベース基板２０にＬＥＤチップ１と熱結合するサーマルビア２６を設けてあるので、ＬＥＤチップ１で発生した熱を効率よく外部へ逃がすことができ、
以上説明した本実施形態の発光装置によれば、上記半導体材料により形成されＬＥＤチップ１が収納されるパッケージ２にＬＥＤチップ１から光検知部４への熱伝導を阻止する熱絶縁部６を設けてあるので、ＬＥＤチップ１から放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部４がパッケージ２に一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップ１の温度上昇に起因した光検知部４の出力変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態の発光装置では、ベース基板２０においてＬＥＤチップ１が搭載されるダイパッド部２５ａａと熱絶縁部６との間に当該ベース基板２０の厚み方向に貫通しＬＥＤチップ１に熱結合されるサーマルビア２６を設けてあるので、ＬＥＤチップ１で発生した熱をサーマルビア２６から集中的に放熱させることができ、ＬＥＤチップ１のジャンクション温度の温度上昇を抑制できて光出力の高出力化を図れるとともに、光検知部４の温度上昇をより抑制できる。

また、本実施形態の発光装置では、熱絶縁部６の材料（上記熱絶縁材料）としてポリイミドを採用しているので、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセスとの整合性が良く、半導体プロセスやＭＥＭＳプロセスでの製造が容易になる。なお、本実施形態では、ベース基板２０の形成にあたって、第１のシリコン基板２０ａに貫通孔２２を形成する貫通孔形成工程において、熱絶縁部６の形成予定領域に熱絶縁用孔を貫通孔２２と同時に形成し、絶縁膜２３を形成する絶縁膜形成工程において、熱絶縁用孔の内周面にも絶縁膜２３を形成するようにし、貫通孔２２の内側に貫通孔配線２４を形成する貫通孔配線形成工程を行った後、例えばスピンコート法などにより熱絶縁用孔の内側にポリイミドを埋め込んで硬化させることにより熱絶縁部６を形成する熱絶縁部形成工程を行うようにすればよい。

ところで、図３に示すように熱絶縁部６をベース基板２０の厚み方向において所定深さまで設けるようにしてもよいが、ＬＥＤチップ１で発生した熱の主伝熱経路はベース基板２０の厚み方向なので、図１および図２に示した発光装置のように熱絶縁部６を第１のシリコン基板２０ａの厚み方向に貫設した構成の方が、ＬＥＤチップ１から光検知部４への熱伝達をより一層抑制することができる。

また、本実施形態の発光装置は、パッケージ２に光検知部４が設けられているので、例えば、ＬＥＤチップ１として赤色ＬＥＤチップを採用した発光装置と、ＬＥＤチップ１として緑色ＬＥＤチップを採用した発光装置と、ＬＥＤチップ１として青色ＬＥＤチップを採用した発光装置とを同一の回路基板上に近接して配置して、当該回路基板に各発光装置のＬＥＤチップ１を駆動する駆動回路部と、各光検知部４により検出される光強度がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路部から各発光色のＬＥＤチップ１に流れる電流をフィードバック制御する制御回路部などを設けておくことにより、各光検知部４それぞれの出力に基づいて各発光色のＬＥＤチップ１の光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのＬＥＤチップ１の光出力の経時変化の違いなどによらず混色光（ここでは、白色光）の光色や色温度の精度を向上することができる。要するに、所望の混色光を安定して得ることができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、光検知基板４０における配光用基板３０との接合部（接合用金属層４８、導体パターン４７ａ，４７ｂ）と光検知部４との間に熱絶縁部６を設けてある点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、光検知基板４０における配光用基板３０との接合部と光検知部４のｐｎ接合部との間に熱絶縁部６を設けてあるので、光検知部４のｐ形領域４ａおよびｐｎ接合部への熱伝達をより抑制することが可能になる。なお、本実施形態の発光装置において、熱絶縁部６を光検知基板４０の厚み方向において所定深さまで設けるようにしてもよいが、熱絶縁部６を第３のシリコン基板４０ａの厚み方向に貫設した構成の方が、ＬＥＤチップ１から光検知部４のｐ形領域４ａおよびｐｎ接合部への熱伝達をより一層抑制することができる。

ところで、本実施形態の発光装置の製造時において、熱絶縁部６の形成にあたっては、例えば、第３のシリコン基板４０ａにおける熱絶縁部６の形成予定領域を第３のシリコン基板４０ａの一表面側からエッチングすることにより熱絶縁部６の形成予定領域に凹部６６を形成する凹部形成工程を行い（図５（ａ））、その後、凹部６６に上記半導体材料に比べて熱伝導率の低い上記熱絶縁材料であるポリイミドをスピンコート法などにより埋め込んで熱絶縁材料部６ａを形成する熱絶縁材料埋込工程を行い（図５（ｂ））、第３のシリコン基板４０ａを他表面側からエッチングして熱絶縁材料部６ａを露出させることにより当該熱絶縁材料部６ａからなる熱絶縁部６を形成するエッチング工程を行えばよい（図５（ｃ））。

本実施形態の発光装置の製造方法において、上述の熱絶縁部６の形成方法を採用すれば、第３のシリコン基板４０ａの一表面に凹部６６を形成してから、当該凹部６６に上記熱絶縁材料を埋め込んで熱絶縁材料部６ａを形成し、その後、第３のシリコン基板４０ａを他表面側からエッチングする（薄肉化する）ことで第３のシリコン基板４０ａの厚み方向に貫通する熱絶縁部６を形成することができるので、第３のシリコン基板４０ａにおいて熱絶縁部６を挟む両側の領域が熱絶縁部６により分離された構造を容易に実現でき、ＬＥＤチップ１から放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部４がパッケージ２に一体に設けられた構成を採用しながらも、ＬＥＤチップ１の温度上昇に起因した光検知部４の出力変動を抑制することが可能な発光装置を提供できる。なお、この熱絶縁部６の形成方法を実施形態１の発光装置のベース基板２０における熱絶縁部６の形成方法に適用してもよい。

また、上述の凹部形成工程においてアルカリ系溶液（ＫＯＨ溶液、ＴＭＡＨ溶液など）を用いた異方性エッチングによりテーパ状の凹部６６を形成し（図６（ａ））、熱絶縁材料埋込工程の前に、絶縁膜４３を形成する絶縁膜形成工程、第３のシリコン基板４０ａに配線（導体パターン４７ａ，４７ｂ）を薄膜形成技術（スパッタ法）、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術などを利用して形成する配線形成工程を順次行い（図６（ｂ））、その後、上記熱絶縁材料であるポリイミドをスピンコート法などにより埋め込んで熱絶縁材料部６ａを形成する熱絶縁材料埋込工程を行い（図６（ｃ））、続いて、第３のシリコン基板４０ａを他表面側からエッチングして熱絶縁材料部６ａを露出させることにより当該熱絶縁材料部６ａからなる熱絶縁部６を形成するエッチング工程を行うようにしてもよく（図６（ｄ））、このような形成方法を採用すれば、第３のシリコン基板４０ａにおいて熱絶縁部６を挟む両側の領域が熱絶縁部６により分離される前に当該両側の領域間に上記配線を形成することが可能になる。なお、この熱絶縁部６の形成方法を実施形態１の発光装置のベース基板２０における熱絶縁部６の形成方法に適用してもよい。

ところで、上記各実施形態におけるＬＥＤチップ１としては、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する導電性基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略下面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。 同上の発光装置の他の構成例の概略断面図である。 実施形態２の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の製造方法の説明図である。 同上の発光装置の製造方法の説明図である。 従来例の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ
２ パッケージ
２ａ 収納凹所
４ 光検出部
６ 熱絶縁部
６ａ 熱絶縁材料部
２０ ベース基板
２０ａ 第１のシリコン基板（第１の半導体基板）
２４ 貫通孔配線
２５ａａ ダイパッド部（チップ搭載部）
２６ サーマルビア
３０ 配光用基板
３０ａ 第２のシリコン基板（第２の半導体基板）
３４ 貫通孔配線
４０ 光検知基板
４０ａ 第３のシリコン基板（第３の半導体基板）
４７ａ，４７ｂ 導体パターン（接合部、配線）
４８ 接合用金属層（接合部）
６６ 凹部

Claims (7)

1. ＬＥＤチップと、半導体材料により形成されＬＥＤチップが収納されるパッケージとを備え、ＬＥＤチップから放射される光を検知するフォトダイオードからなる光検知部がパッケージに一体に設けられた発光装置であって、パッケージにＬＥＤチップから光検知部への熱伝導を阻止する熱絶縁部を設けてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記パッケージは、前記半導体材料からなる第１の半導体基板を用いて形成され前記ＬＥＤチップが実装されるベース基板と、前記半導体材料からなる第２の半導体基板を用いて形成されてベース基板に接合され前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する配光用基板と、前記半導体材料からなる第３の半導体基板を用いて形成されて配光用基板に接合され前記光検知部が設けられた光検知基板とを有し、ベース基板に前記熱絶縁部を設けるとともに、ベース基板において前記ＬＥＤチップが搭載されるチップ搭載部と前記熱絶縁部との間に当該ベース基板の厚み方向に貫通し前記ＬＥＤチップに熱結合されるサーマルビアを設けてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記パッケージは、前記半導体材料からなる第１の半導体基板を用いて形成され前記ＬＥＤチップが実装されるベース基板と、前記半導体材料からなる第２の半導体基板を用いて形成されてベース基板に接合され前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する配光用基板と、前記半導体材料からなる第３の半導体基板を用いて形成されて配光用基板に接合され前記光検知部が設けられた光検知基板とを有し、光検知基板における配光用基板との接合部と前記光検知部との間に前記熱絶縁部を設けてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記熱絶縁部は、前記半導体基板の厚み方向に貫設されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光装置。
5. 前記熱絶縁部は、ポリイミドにより形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項４記載の発光装置の製造方法であって、前記熱絶縁部の形成にあたっては、前記半導体基板における前記熱絶縁部の形成予定領域を前記半導体基板の一表面側からエッチングすることにより前記熱絶縁部の形成予定領域に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に前記半導体材料に比べて熱伝導率の低い熱絶縁材料を埋め込んで熱絶縁材料部を形成する熱絶縁材料埋込工程と、前記半導体基板を他表面側からエッチングして熱絶縁材料部を露出させることにより当該熱絶縁材料部からなる前記熱絶縁部を形成するエッチング工程とを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
7. 前記凹部形成工程と前記熱絶縁材料埋込工程との間に、前記半導体基板に配線を形成する配線形成工程を備えることを特徴とする請求項６記載の発光装置の製造方法。

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