JP2020188212A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子と波長変換層の間に透光性樹脂層を含み、光の取り出し効率が高い発光装置を提供する。【解決手段】第１半導体層１８１と、第２半導体層１８３と、第１半導体層１８１と第２半導体層１８３の間に設けられた発光層１８２とを備えた半導体構造１８を有し、第１半導体層１８１の上面から第１の光を出射する発光素子２と、第１半導体層１８１の上面に設けられた保護膜５３と、保護膜上に保護膜５３に接するように設けられた透光性樹脂層７０と、保護膜５３と透光性樹脂層７０とを介して第１半導体層１８１の上面に対向するように設けられた波長変換層９０と、を備え、第１半導体層１８１の上面は、複数の凸部と平坦部とを有し、保護膜５３と透光性樹脂層７０との間に空隙を含む。【選択図】図２
Description
本開示は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。
近年、例えば、発光素子が発光する青色光の一部を波長変換層により波長変換して発光面から波長変換した光と波長変換されずに出射される青色光との混色により白色の光を発光する発光装置が種々の照明機器に使用されている。例えば、特許文献１には、ＬＥＤチップ（発光素子）から出射される光を透明な樹脂からなる接合部（透光性樹脂層）を介して蛍光体板（波長変換層）に入射して、蛍光体板から白色光を出射する発光装置が開示されている。
しかしながら、発光素子と波長変換層の間に透光性樹脂層を含む発光装置は、発光素子と透光性樹脂層との界面、透光性樹脂層と波長変換層との界面等、複数の界面を含むことから各界面の状態によっては光の取り出し効率が低下するという課題があった。
そこで、本開示は、発光素子と波長変換層の間に透光性樹脂層を含み、光の取り出し効率が高い発光装置とその製造方法を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために、本開示に係る一実施形態の発光装置は、
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子と、
前記第１半導体層の上面に設けられた保護膜と、
前記保護膜上に前記保護膜に接するように設けられた透光性樹脂層と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように設けられた波長変換層と、
を備え、
前記第１半導体層の上面は、複数の第１凸部と平坦部とを有し、
前記保護膜の上面は、前記第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部を有し、
断面視において、
前記平坦部は前記第２凸部間に位置し、
前記平坦部の上方であって、前記保護膜と前記透光性樹脂層との間に空隙を含む
ことを特徴とする。
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子と、
前記第１半導体層の上面に設けられた保護膜と、
前記保護膜上に前記保護膜に接するように設けられた透光性樹脂層と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように設けられた波長変換層と、
を備え、
前記第１半導体層の上面は、複数の第１凸部と平坦部とを有し、
前記保護膜の上面は、前記第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部を有し、
断面視において、
前記平坦部は前記第２凸部間に位置し、
前記平坦部の上方であって、前記保護膜と前記透光性樹脂層との間に空隙を含む
ことを特徴とする。
また、本開示に係る発光装置の製造方法は、
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子を準備する工程と、
前記半導体構造の上面を、エッチングにより複数の第１凸部と平坦部とを有する凹凸形状とする工程と、
前記半導体構造の上面に接する保護膜を蒸着法により形成する工程と、
前記保護膜上に、前記保護膜に接するように透光性樹脂層を形成する工程と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように波長変換層を形成する工程と、
を備える。
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子を準備する工程と、
前記半導体構造の上面を、エッチングにより複数の第１凸部と平坦部とを有する凹凸形状とする工程と、
前記半導体構造の上面に接する保護膜を蒸着法により形成する工程と、
前記保護膜上に、前記保護膜に接するように透光性樹脂層を形成する工程と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように波長変換層を形成する工程と、
を備える。
以上の本開示にかかる発光装置及び発光装置の製造方法によれば、発光素子と波長変換層の間に透光性樹脂層を含み、光の取り出し効率が高い発光装置とその製造方法を提供することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分または部材を示す。
上述したように、発光素子と波長変換層とを含み、さらに発光素子と波長変換層の間に透光性樹脂層を含む発光装置は、隣接する部材同士の境界である複数の界面を含むことから各界面の状態によっては光の取り出し効率が低下するという課題があった。
そこで、本発明者らは、発光素子と波長変換層の間に複数の界面を含む発光装置において、光の取り出し効率の低下を抑制すべく鋭意検討した。
そこで、本発明者らは、発光素子と波長変換層の間に複数の界面を含む発光装置において、光の取り出し効率の低下を抑制すべく鋭意検討した。
その結果、本発明者らは、発光面を凹凸形状とした発光素子を含み、その発光面の上に保護膜、透光性樹脂層及び波長変換層を設けた発光装置において、以下のような知見を得た。
（ａ）保護膜の表面に、発光面の凹凸形状を反映した凹凸形状が形成されるように保護膜を形成することにより、発光素子の光の波長変換層への入射を減少させることなく、波長変換層からの戻り光の発光素子への入射が抑えられていた。ここで、発光面の凹凸形状を反映した凹凸形状が形成されるとは、発光面の凸部上の位置の一部又は全部に凸部が形成され、発光面の凹部上の位置の一部又は全部に凹部が形成されていることをいう。
そこで、保護膜と透光性樹脂層の界面近傍を観察したところ、発光素子の発光面が複数の凸部（第１凸部）と平坦部とを有する凹凸形状になっており、保護膜の上面には第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部が形成され、発光面の平坦部上に位置する第２凸部間に空隙が形成されていた。
以上の発光素子の発光面及び保護膜の上面の凹凸形状、空隙の形成位置、界面における反射特性に基づき考察すると、発光素子の光の波長変換層への入射を減少させることなく、波長変換層からの戻り光の発光素子への入射が抑えられた理由は以下の作用によるものであると考えられる。発光素子からの光は、主として、第１凸部及びその上方に位置する第２凸部を介して波長変換層に入射されることから、発光面の平坦部上の第２凸部間に空隙があっても波長変換層に入射される光に対する空隙の影響を少なくできる。一方で、波長変換層から下方に向かう光（戻り光）は、第２凸部の表面で反射されかつ空隙と透光性樹脂層との界面でも反射されて発光素子への入射が抑えられたものと考えられる。
すなわち、第２凸部間の凹部に空隙がない場合には、その凹部の部分で戻り光が発光素子に入射してしまうが、凹部に空隙があることにより、空隙と透光性樹脂層との界面で戻り光が反射されると考えられる。
以上の知見に基づき、本開示にかかる発光装置では、発光素子の発光面を、複数の凸部（第１凸部）と平坦部とを有する凹凸形状とし、保護膜の上面が第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部を有する形状とする。そして、保護膜上に透光性樹脂層を形成し、発光面の平坦部上の第２凸部間に空隙が形成されるようにすることにより、発光装置の光取り出し効率を向上させたものである。
（ａ）保護膜の表面に、発光面の凹凸形状を反映した凹凸形状が形成されるように保護膜を形成することにより、発光素子の光の波長変換層への入射を減少させることなく、波長変換層からの戻り光の発光素子への入射が抑えられていた。ここで、発光面の凹凸形状を反映した凹凸形状が形成されるとは、発光面の凸部上の位置の一部又は全部に凸部が形成され、発光面の凹部上の位置の一部又は全部に凹部が形成されていることをいう。
そこで、保護膜と透光性樹脂層の界面近傍を観察したところ、発光素子の発光面が複数の凸部（第１凸部）と平坦部とを有する凹凸形状になっており、保護膜の上面には第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部が形成され、発光面の平坦部上に位置する第２凸部間に空隙が形成されていた。
以上の発光素子の発光面及び保護膜の上面の凹凸形状、空隙の形成位置、界面における反射特性に基づき考察すると、発光素子の光の波長変換層への入射を減少させることなく、波長変換層からの戻り光の発光素子への入射が抑えられた理由は以下の作用によるものであると考えられる。発光素子からの光は、主として、第１凸部及びその上方に位置する第２凸部を介して波長変換層に入射されることから、発光面の平坦部上の第２凸部間に空隙があっても波長変換層に入射される光に対する空隙の影響を少なくできる。一方で、波長変換層から下方に向かう光（戻り光）は、第２凸部の表面で反射されかつ空隙と透光性樹脂層との界面でも反射されて発光素子への入射が抑えられたものと考えられる。
すなわち、第２凸部間の凹部に空隙がない場合には、その凹部の部分で戻り光が発光素子に入射してしまうが、凹部に空隙があることにより、空隙と透光性樹脂層との界面で戻り光が反射されると考えられる。
以上の知見に基づき、本開示にかかる発光装置では、発光素子の発光面を、複数の凸部（第１凸部）と平坦部とを有する凹凸形状とし、保護膜の上面が第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部を有する形状とする。そして、保護膜上に透光性樹脂層を形成し、発光面の平坦部上の第２凸部間に空隙が形成されるようにすることにより、発光装置の光取り出し効率を向上させたものである。
また、上記（ａ）の知見に示したように、保護膜の表面の凹凸形状は、発光素子の発光面の凹凸形状が反映されて形成される。したがって、保護膜の表面の凹凸形状は、発光素子の発光面の算術平均粗さにより変化する。また、保護膜の表面の凹凸形状は、発光素子の発光面の算術平均粗さが同じであっても保護膜の膜厚によって変化する。さらに、保護膜の表面の凹凸形状に応じて空隙の位置及び個数は変化する。すなわち、保護膜の表面における空隙の位置及び個数は、発光素子の発光面の算術平均粗さ及び保護膜の膜厚によって変化することになる。
したがって、発光素子の発光面の算術平均粗さ及び保護膜の膜厚を適宜調整することにより、保護膜の表面の凹凸形状を第２凸部間に空隙ができやすいように調整できる。保護膜の表面の第２凸部間に空隙が設けられることで、波長変換層から下方に向かう光を波長変換層側に反射させやすくすることができる。また、発光素子から出射される光は、主に上方に第２凸部が位置する第１凸部が形成された領域から取り出される。したがって、より効果的に発光素子から出射されて波長変換層に入射される光の減衰を抑えつつ、波長変換層から下方に向かう光の発光素子への入射を抑えることができるはずである。
かかる考察に基づき、保護膜の膜厚をある範囲内で変化させて発光装置の光の取り出し効率を評価したところ、保護膜の膜厚を厚くした場合に発光装置の光の取り出し効率がより向上することが確認された。その保護膜の厚さを厚くしたときの保護膜の表面形状に注目したところ、保護膜の膜厚を厚くするにつれて、保護膜表面に形成される凸形状は滑らかな形状になり、保護膜表面に形成される凹形状の部分は増加していた。また、保護膜表面に形成される凸形状は、発光素子の凸部の上方に相当する位置に形成され、保護膜表面に形成される凹形状は、発光素子の平坦部の上方に相当する位置に形成されていた。さらに、凹形状の部分には、保護膜と透光性樹脂層との間に空隙が形成されやすい傾向にあるとの知見を得た。
本開示に係る発光装置は、上記の知見に基づき完成されたものであり、保護膜と透光性樹脂層との間における、保護膜表面の凹形状の部分に形成される空隙、及び、光の取出し面に設けられた凸部からの光の量と平坦部からの光の量との違いを利用している。
以下、実施形態の発光装置について詳細に説明する。
本開示に係る発光装置は、上記の知見に基づき完成されたものであり、保護膜と透光性樹脂層との間における、保護膜表面の凹形状の部分に形成される空隙、及び、光の取出し面に設けられた凸部からの光の量と平坦部からの光の量との違いを利用している。
以下、実施形態の発光装置について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る発光装置１の概略上面図である。図２は、図１のII−II線に沿った概略断面図である。図３は、図２における発光素子２、保護膜５３、及び透光性樹脂層７０の一部を含む拡大図である。
発光装置１は、図２に示すように、発光素子２と、発光素子２の光取出し面１８ｂ上に設けられた保護膜５３と、保護膜５３上に、該保護膜５３に接するように設けられた透光性樹脂層７０と、透光性樹脂層７０の上方に設けられた波長変換層９０とを備える。尚、図２において、発光素子２の光取出し面１８ｂ及びその上に設けられた保護膜５３と透光性樹脂層７０の界面には規則的な凹凸が描かれているが、実際は図３に拡大して示すように実際は不規則な凹凸となっており、保護膜５３と透光性樹脂層７０との間には、所定の位置に空隙が設けられている。
また、図２には、発光素子２、保護膜５３、透光性樹脂層７０及び波長変換層９０の他に多くの構成要素を含んでいるが、以下の説明では、まず、光取り出し効率に関係する発光素子２、保護膜５３、透光性樹脂層７０及び波長変換層９０の具体的構成について説明する。
また、図２には、発光素子２、保護膜５３、透光性樹脂層７０及び波長変換層９０の他に多くの構成要素を含んでいるが、以下の説明では、まず、光取り出し効率に関係する発光素子２、保護膜５３、透光性樹脂層７０及び波長変換層９０の具体的構成について説明する。
実施形態の発光装置において、発光素子２は、半導体構造１８を備えている。ここで、半導体構造１８は、第１半導体層１８１と、第２半導体層１８３と、第１半導体層１８１と第２半導体層１８３の間に設けられた発光層１８２とを含む。第１半導体層１８１は、例えば、ｎ型半導体層を含む。第２半導体層１８３は、例えば、ｐ型半導体層を含む。発光素子２は、第１半導体層１８１の表面を光取出し面１８ｂとし、光取出し面１８ｂの反対側に、第１半導体層１８１に接続された第１コンタクト電極３３と、第２半導体層１８３に接続された第２コンタクト電極４３とを備えている。第１コンタクト電極３３は、例えば、ｎ側コンタクト電極として機能する。第２コンタクト電極４３は、例えば、ｐ側コンタクト電極として機能する。そして、発光素子２の光取出し面１８ｂが、図３に示すように、複数の第１凸部１８ｃと第１凸部１８ｃの間に位置する平坦部１８ｄとを有する凹凸面となっている。光取出し面１８ｂ、すなわち第１半導体層１８１の上面の算術平均粗さは、後述する空隙を効果的に設けるために、２．０μｍ以上であることが好ましい。
また、本実施形態の発光装置は、発光素子２の光取出し面１８ｂに設けられた保護膜５３を備えている。保護膜の上面５３ａには、図３に示すように、第２凸部５３ｂが形成されている。第２凸部５３ｂは、光取出し面１８ｂの第１凸部１８ｃの上方に位置し、第２凸部５３ｂの間には、下方（保護膜５３の表面から発光素子２に向かう方向）に凹んだ凹部５３ｃが平坦部１８ｄの上方に形成される。保護膜５３は、例えば、半導体構造１８からの光に対する屈折率が第１半導体層１８１より小さいＳｉＯ２等の絶縁材料により形成される。凹部５３ｃの深さは、第２凸部５３ｂの頂部から凹部５３ｃの底部までの距離に相当し、例えば、１μｍ以上５μｍ以下である。また、保護膜５３の厚さは、例えば、光取出し面１８ｂの算術平均粗さが２．０μｍ以上である場合には、８００ｎｍ以上であることが好ましく、これにより、空隙が形成される凹部の数を増やすことができる。また、保護膜５３の厚さが厚すぎると保護膜５３の表面が滑らかになり、第２凸部５３ｂ及び凹部５３ｃが形成されにくくなるので、保護膜５３の厚さは、好ましくは、１２００ｎｍ以下とする。
透光性樹脂層７０は、保護膜５３に接して配置されている。保護膜５３と透光性樹脂層７０との間には、平坦部１８ｄの上方に相当する位置に空隙８０が形成されている。言い換えると、空隙８０は、保護膜の上面５３ａの凹部５３ｃに形成されている。透光性樹脂層７０は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等により構成される。透光性樹脂層７０は、例えば、半導体構造１８からの光に対する屈折率が第１半導体層１８１より小さく設定される。また保護膜５３から透光性樹脂層７０に向かう光の取り出し効率を向上させるために、透光性樹脂層７０の屈折率は、保護膜５３の屈折率と略等しくすることが好ましい。
波長変換層９０は、半導体構造１８から出射された第１の光（例えば、青色の光）により励起され、第１の光とは異なる波長の第２の光（例えば、黄色の光）を発光する。例えば、波長変換層９０をＹＡＧ蛍光体を含む層とし、半導体構造１８から青色の第１の光が出射される場合、第１の光により励起され波長変換層９０は黄色の第２の光を発光する。波長変換層９０は、保護膜５３と透光性樹脂層７０とを介して光取出し面１８ｂに対向するように設けられている。光取出し面１８ｂと波長変換層９０の間には、保護膜５３と透光性樹脂層７０以外の層を含んでいてもよく、例えば、波長変換層９０は、透光性樹脂層７０の上面７０ａに接して配置されていてもよいし、別の層を介して離れて配置されていてもよい。
以上のように、実施形態の発光装置１は、発光素子２と波長変換層９０の間に、発光素子２の光取出し面１８ｂ上に設けられた保護膜５３と、保護膜５３上に接して設けられた透光性樹脂層７０と、を備える。そして、保護膜５３と透光性樹脂層７０との間に空隙８０が設けられ、その空隙８０は、平坦部１８ｄの上方の第２凸部５３ｂ間に位置する。
以上のように構成された実施形態の発光装置１において、発光素子２からの光は、主として、第１凸部１８ｃ及びその上方に位置する第２凸部５３ｂを介して波長変換層９０に入射されることから、発光面の平坦部１８ｄ上の第２凸部５３ｂ間に空隙８０があっても波長変換層９０に入射される光に対する空隙８０の影響を少なくできる。その一方で、波長変換層９０から下方に向けて出射される光（戻り光）は、第２凸部５３ｂの表面及び空隙８０により反射されて波長変換層９０の上面から出射される。すなわち、発光面の凹部に空隙８０がない場合には、第２凸部５３ｂの表面では反射されるものの凹部では反射が抑制されて発光素子２に入射されて取り出し効率を低下させることになる。これに対して、本実施形態のように、発光面の凹部に空隙８０を形成すると、透光性樹脂層７０と空隙８０との界面により戻り光を反射させこととができ、発光素子２への入射が抑えられ、光取り出し効率の低下が抑制される。
したがって、発光素子２からの光を効率よく波長変換層９０に入射させ、かつ波長変換層９０により反射され発光素子２に入射する光を抑制し、発光装置の光の取り出し効率を高くすることができる。
また、発光素子２から出射された光の一部は波長変換層９０の表面で反射されて戻り光となるが、その戻り光も空隙８０により反射され、波長変換層９０に入射される。したがって、実施形態の発光装置では、発光素子２が出射する光をより効率よく波長変換層９０に入射させることができる。
以上のように構成された実施形態の発光装置１において、発光素子２からの光は、主として、第１凸部１８ｃ及びその上方に位置する第２凸部５３ｂを介して波長変換層９０に入射されることから、発光面の平坦部１８ｄ上の第２凸部５３ｂ間に空隙８０があっても波長変換層９０に入射される光に対する空隙８０の影響を少なくできる。その一方で、波長変換層９０から下方に向けて出射される光（戻り光）は、第２凸部５３ｂの表面及び空隙８０により反射されて波長変換層９０の上面から出射される。すなわち、発光面の凹部に空隙８０がない場合には、第２凸部５３ｂの表面では反射されるものの凹部では反射が抑制されて発光素子２に入射されて取り出し効率を低下させることになる。これに対して、本実施形態のように、発光面の凹部に空隙８０を形成すると、透光性樹脂層７０と空隙８０との界面により戻り光を反射させこととができ、発光素子２への入射が抑えられ、光取り出し効率の低下が抑制される。
したがって、発光素子２からの光を効率よく波長変換層９０に入射させ、かつ波長変換層９０により反射され発光素子２に入射する光を抑制し、発光装置の光の取り出し効率を高くすることができる。
また、発光素子２から出射された光の一部は波長変換層９０の表面で反射されて戻り光となるが、その戻り光も空隙８０により反射され、波長変換層９０に入射される。したがって、実施形態の発光装置では、発光素子２が出射する光をより効率よく波長変換層９０に入射させることができる。
以下、図１及び図２を参照しながら、発光装置１の上述した以外の構成について説明する。
発光素子２は、発光面とは反対側の下面に第１コンタクト電極３３と第２コンタクト電極４３とを備えている。発光素子２の下面は、接合層６０を介して支持基板２９に接合されている。また、発光素子２と支持基板２９の間には、接合層６０の他に第１コンタクト電極３３及び第２コンタクト電極４３とにそれぞれ接続される第１配線４１及び第２配線４２が設けられている。第１コンタクト電極３３および第２コンタクト電極４３は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、及びＴｉなどの金属、またはこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。接合層６０は、例えば、ＮｉＳｎ、ＡｕＳｎなどのはんだ材料を用いることができる。
具体的には、第２コンタクト電極４３は、図２に示すように、第２配線４２を介して半導体構造１８の下から引き出されて第１配線４１及び第２パッド電極４４に接続される。また、第２配線４２と半導体構造１８との間の一部には、第１保護膜５１が形成される。半導体層１８は、第１半導体層１８１上に発光層１８２及び第２半導体層１８３が設けられておらず、第１半導体層１８１が露出する第１凹部１８Ｄが設けられている。第１凹部１８Ｄの底面には第１半導体層１８１が露出している。第１コンタクト電極３３は、第１凹部１８Ｄの底面の第１半導体層１８１の表面にオーミック接触するように形成される。第１コンタクト電極３３と、発光層１８２、第２半導体層１８３及び第２配線４２との間には、絶縁性の第２保護膜５２が形成され、それぞれが絶縁分離されている。発光装置１において、支持基板２９は導電性を有しており、支持基板２９の裏面２９ｂに裏面電極３４が設けられている。裏面電極３４は、接合層６０、金属層２７および支持基板２９を介して第１コンタクト電極３３と導通している。金属層２７は、例えば、支持基板２９と接合層６０との密着性を向上させるための層として機能する。
実施形態の発光装置１において、発光素子２は、例えば、第１の光として青色の光を発光する青色発光ダイオードであり、半導体構造１８は、例えば、ＧａＮ系半導体により構成される。波長変換層９０は、例えば、ＹＡＧ蛍光体を含む層であり、発光素子２から出射された第１の光（青色光）により励起され、青色光とは異なる波長の第２の光（黄色の光）を発光する。
以下、発光装置１の製造方法について説明する。
以下、発光装置１の製造方法について説明する。
（製造方法）
次に、図４Ａ〜４Ｉから図８を参照して、実施形態に係る発光装置１の製造方法を説明する。
本実施形態に係る発光装置１の製造方法は、
（１）発光素子準備工程と、
（２）エッチング工程と、
（３）保護膜形成工程と、
（４）透光性樹脂層形成工程と、
（５）波長変換層形成工程と、を含む。
次に、図４Ａ〜４Ｉから図８を参照して、実施形態に係る発光装置１の製造方法を説明する。
本実施形態に係る発光装置１の製造方法は、
（１）発光素子準備工程と、
（２）エッチング工程と、
（３）保護膜形成工程と、
（４）透光性樹脂層形成工程と、
（５）波長変換層形成工程と、を含む。
（発光素子準備工程）
発光素子準備工程では、第１半導体層１８１と、第２半導体層１８３と、第１半導体層１８１と第２半導体層１８３の間に設けられた発光層１８２とを備えた半導体構造１８を有し、第１半導体層１８１の上面から第１の光を出射する発光素子を準備する。
以下、図４Ａ〜４Ｈ及び図５を参照しながら、発光素子準備工程について詳細に説明する。
発光素子準備工程では、第１半導体層１８１と、第２半導体層１８３と、第１半導体層１８１と第２半導体層１８３の間に設けられた発光層１８２とを備えた半導体構造１８を有し、第１半導体層１８１の上面から第１の光を出射する発光素子を準備する。
以下、図４Ａ〜４Ｈ及び図５を参照しながら、発光素子準備工程について詳細に説明する。
まず、図４Ａに示すように、成長基板１９の上面１９ａに、第１半導体層１８１、発光層１８２および第２半導体層１８３を順次結晶成長させて、半導体構造１８を形成する。その後、図４Ｂに示すように、所定の位置の第２半導体層１８３及び発光層１８２を除去することで第１凹部１８Ｄを形成し、その第１凹部１８Ｄの底面に第１半導体層１８１を露出させる。第１凹部１８Ｄは、図１で示したように半導体構造１８の所定の位置に複数設けられる。第１凹部１８Ｄの上面視形状は、例えば、円形状とすることができる。
次に、図４Ｃに示すように、半導体構造１８の表面１８ａに第２コンタクト電極４３を形成する。その後、図４Ｄに示すように、第２コンタクト電極４３の側面及び上面の一部を覆い、上方に開口部を有する第１保護膜５１を形成する。さらに、その第１保護膜５１の開口部にて第２コンタクト電極４３と導通する第１配線４１及び第１配線４１と導通する第２配線４２を、第１凹部１８Ｄの上方を除いた領域に形成する。続いて、第２配線４２、第１保護膜５１、及び第１凹部１８Ｄの側面を覆う第２保護膜５２を形成した後、第１コンタクト電極３３を第２保護膜５２を覆うように形成しつつ、第１凹部１８Ｄの底面に露出した第１半導体層１８１に接続するように形成する。第２保護膜５２は、第１コンタクト電極３３と、第２コンタクト電極４３、第１配線４１、および第２配線４２との間を絶縁するように形成する。また、第２保護膜５２は、第１コンタクト電極３３と、発光層１８２および第２半導体層１８３との間を絶縁するように形成する。以上のようにして、成長基板１９上に、発光素子２の主要な構成要素を形成する。
次に、図４Ｃに示すように、半導体構造１８の表面１８ａに第２コンタクト電極４３を形成する。その後、図４Ｄに示すように、第２コンタクト電極４３の側面及び上面の一部を覆い、上方に開口部を有する第１保護膜５１を形成する。さらに、その第１保護膜５１の開口部にて第２コンタクト電極４３と導通する第１配線４１及び第１配線４１と導通する第２配線４２を、第１凹部１８Ｄの上方を除いた領域に形成する。続いて、第２配線４２、第１保護膜５１、及び第１凹部１８Ｄの側面を覆う第２保護膜５２を形成した後、第１コンタクト電極３３を第２保護膜５２を覆うように形成しつつ、第１凹部１８Ｄの底面に露出した第１半導体層１８１に接続するように形成する。第２保護膜５２は、第１コンタクト電極３３と、第２コンタクト電極４３、第１配線４１、および第２配線４２との間を絶縁するように形成する。また、第２保護膜５２は、第１コンタクト電極３３と、発光層１８２および第２半導体層１８３との間を絶縁するように形成する。以上のようにして、成長基板１９上に、発光素子２の主要な構成要素を形成する。
次に、図４Ｅに示すように、第１コンタクト電極３３の上に、第１金属層１１を形成された第１部材１０を準備する。
尚、準備した第１部材１０の表面１０ａ（第１金属層１１の表面）には、第１凹部１８Ｄの上方に第２凹部１０Ｄが形成される。上述したように、第１凹部１８Ｄは、第２半導体層１８３及び発光層１８２が除去され、第１凹部１８Ｄ底面に第１半導体層１８１が露出した部分である。第２凹部１０Ｄは、第１凹部１８Ｄに対応した領域に設けられ、第１凹部１８Ｄに沿った断面形状を有する。
尚、準備した第１部材１０の表面１０ａ（第１金属層１１の表面）には、第１凹部１８Ｄの上方に第２凹部１０Ｄが形成される。上述したように、第１凹部１８Ｄは、第２半導体層１８３及び発光層１８２が除去され、第１凹部１８Ｄ底面に第１半導体層１８１が露出した部分である。第２凹部１０Ｄは、第１凹部１８Ｄに対応した領域に設けられ、第１凹部１８Ｄに沿った断面形状を有する。
次に、支持基板２９上に第２金属層２２を例えばスパッタリング等により形成することにより、支持基板２９と第２金属層２２とを有する第２部材２０を準備する。
以上のように準備した第１部材１０と第２部材２０とを、図４Ｇに示すように、第１金属層１１と第２金属層２２とを接触させて加熱する。これにより、第１金属層１１と第２金属層２２とを溶融させることにより、第１部材１０と第２部材２０とを接合する（図４Ｈ）。この例では、第１部材１０と第２部材が接合されることで接合層６０が形成され、その接合層６０により支持基板２９と発光素子２とが接合される。
接合後に、図４Ｉに示すように、第１部材１０の成長基板１９を半導体構造１８から除去する。
接合後に、図４Ｉに示すように、第１部材１０の成長基板１９を半導体構造１８から除去する。
次に、図５に示すように、第２コンタクト電極４３に接続される第２パッド電極４４を形成するための領域を確保するために、半導体構造１８の一部を除去して第２パッド電極を形成するための領域に第１保護膜５１を露出させる。半導体構造１８の一部の除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等で行うことができる。
（エッチング工程）
エッチング工程では、図６に示すように、半導体構造１８の上面をエッチングする。
このエッチング工程では、例えば、エッチング液としてＴＭＡＨを用いたウェットエッチング処理を行うことにより、図３に示す、第１半導体層１８１の上面に複数の第１凸部１８ｃと複数の平坦部１８ｄを有する凹凸形状の光取出し面１８ｂを形成することができる。また、このエッチング工程では、光取出し面１８ｂが、算術平均粗さが２．０μｍ以上になるように粗面化することが好ましく、これにより、後述する保護膜５３を形成した際に保護膜５３の上面に空隙８０の形成に適した凹部５３ｃを形成することができる。
エッチング工程では、図６に示すように、半導体構造１８の上面をエッチングする。
このエッチング工程では、例えば、エッチング液としてＴＭＡＨを用いたウェットエッチング処理を行うことにより、図３に示す、第１半導体層１８１の上面に複数の第１凸部１８ｃと複数の平坦部１８ｄを有する凹凸形状の光取出し面１８ｂを形成することができる。また、このエッチング工程では、光取出し面１８ｂが、算術平均粗さが２．０μｍ以上になるように粗面化することが好ましく、これにより、後述する保護膜５３を形成した際に保護膜５３の上面に空隙８０の形成に適した凹部５３ｃを形成することができる。
（保護膜形成工程）
保護膜形成工程では、図７に示すように、半導体構造１８の上面に接する保護膜５３を、例えば蒸着法により形成する、
保護膜５３は、例えば、蒸着法によって、例えば、厚さが８００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の範囲の厚さに形成する。このような厚さに保護膜５３を形成すると、図３で示したように、保護膜の上面５３ａにおいて、光取出し面の第１凸部１８ｃの上方に相当する位置に第２凸部５３ｂが形成され、第２凸部５３ｂの間に凹部５３ｃが形成されやすくなる。保護膜５３は、例えば、絶縁性を備え、発光素子２の屈折率より小さい屈折率を有する材料、例えば、ＳｉＯ２を含む材料から形成される。尚、保護膜５３は、上述した工程で半導体構造１８の一部から露出させた第１保護膜５１の上面にも形成するようにしてもよい。
尚、実施形態では、図７に示すように、保護膜５３を形成した後、保護膜５３及び第１保護膜５１の一部を除去して、第２コンタクト電極４３に接続された第１配線４１を露出させてその露出させた第１配線４１上に第２パッド電極４４を形成する。
保護膜形成工程では、図７に示すように、半導体構造１８の上面に接する保護膜５３を、例えば蒸着法により形成する、
保護膜５３は、例えば、蒸着法によって、例えば、厚さが８００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の範囲の厚さに形成する。このような厚さに保護膜５３を形成すると、図３で示したように、保護膜の上面５３ａにおいて、光取出し面の第１凸部１８ｃの上方に相当する位置に第２凸部５３ｂが形成され、第２凸部５３ｂの間に凹部５３ｃが形成されやすくなる。保護膜５３は、例えば、絶縁性を備え、発光素子２の屈折率より小さい屈折率を有する材料、例えば、ＳｉＯ２を含む材料から形成される。尚、保護膜５３は、上述した工程で半導体構造１８の一部から露出させた第１保護膜５１の上面にも形成するようにしてもよい。
尚、実施形態では、図７に示すように、保護膜５３を形成した後、保護膜５３及び第１保護膜５１の一部を除去して、第２コンタクト電極４３に接続された第１配線４１を露出させてその露出させた第１配線４１上に第２パッド電極４４を形成する。
（透光性樹脂層形成工程）
透光性樹脂層形成工程では、図８に示すように、保護膜５３上に、保護膜５３に接するように透光性樹脂層７０を形成する。
透光性樹脂層形成工程では、例えば、保護膜５３上に透光性樹脂を塗布して硬化させることにより透光性樹脂層７０を形成する。透光性樹脂層形成工程では、保護膜５３上に塗布する透光性樹脂の粘度を適宜調整することにより、保護膜の上面５３ａに形成された凹部５３ｃに空隙８０が形成されるようにできる。このようにして、保護膜５３と透光性樹脂層７０との間であって、第１半導体層１８１の上面に設けられた平坦部１８ｄの上方に相当する位置に空隙８０が形成することができる。透光性樹脂層７０は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂により形成され、透光性樹脂層７０は、例えば、発光素子２の屈折率より小さい屈折率を有し、例えば、保護膜５３の屈折率と略等しい屈折率を有する。
透光性樹脂層形成工程では、図８に示すように、保護膜５３上に、保護膜５３に接するように透光性樹脂層７０を形成する。
透光性樹脂層形成工程では、例えば、保護膜５３上に透光性樹脂を塗布して硬化させることにより透光性樹脂層７０を形成する。透光性樹脂層形成工程では、保護膜５３上に塗布する透光性樹脂の粘度を適宜調整することにより、保護膜の上面５３ａに形成された凹部５３ｃに空隙８０が形成されるようにできる。このようにして、保護膜５３と透光性樹脂層７０との間であって、第１半導体層１８１の上面に設けられた平坦部１８ｄの上方に相当する位置に空隙８０が形成することができる。透光性樹脂層７０は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂により形成され、透光性樹脂層７０は、例えば、発光素子２の屈折率より小さい屈折率を有し、例えば、保護膜５３の屈折率と略等しい屈折率を有する。
（波長変換層形成工程）
波長変換層形成工程では、保護膜５３と透光性樹脂層７０とを介して第１半導体層１８１の上面に対向するように波長変換層９０を形成する。
波長変換層形成工程では、透光性樹脂層７０の上面に対向するように波長変換層９０を載置して接合する。波長変換層９０は、透光性樹脂層７０の上面に接していてもよいし、透光性樹脂層７０の上面から離れて配置されていてもよい。波長変換層９０は、例えば、透光性樹脂層７０の上面に接合層により接合するようにしてもよいし、透光性樹脂層７０を硬化させる前に透光性樹脂層７０の上面に接触させ、接触後に透光性樹脂層７０を硬化させることにより接合するようにしてもよい。波長変換層９０は、例えば、ＹＡＧ等の発光素子２から出射された第１の光により励起され、第１の光（例えば、青色光）とは異なる波長の第２の光（例えば、黄色光）を出射する蛍光体を含む。
波長変換層形成工程では、保護膜５３と透光性樹脂層７０とを介して第１半導体層１８１の上面に対向するように波長変換層９０を形成する。
波長変換層形成工程では、透光性樹脂層７０の上面に対向するように波長変換層９０を載置して接合する。波長変換層９０は、透光性樹脂層７０の上面に接していてもよいし、透光性樹脂層７０の上面から離れて配置されていてもよい。波長変換層９０は、例えば、透光性樹脂層７０の上面に接合層により接合するようにしてもよいし、透光性樹脂層７０を硬化させる前に透光性樹脂層７０の上面に接触させ、接触後に透光性樹脂層７０を硬化させることにより接合するようにしてもよい。波長変換層９０は、例えば、ＹＡＧ等の発光素子２から出射された第１の光により励起され、第１の光（例えば、青色光）とは異なる波長の第２の光（例えば、黄色光）を出射する蛍光体を含む。
本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変更してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変更等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
１ 発光装置
２ 発光素子
１８ 半導体構造
１８ｂ 光取出し面
１８ｃ 第１凸部
１８ｄ 平坦部
３３ 第１コンタクト電極
３４ 裏面電極
４１ 第１配線
４２ 第２配線
４３ 第２コンタクト電極
４４ 第２パッド電極
５３ 保護膜
５３ａ 保護膜の上面
５３ｂ 第２凸部
５３ｃ 凹部
７０ 透光性樹脂層
７０ａ 透光性樹脂層の上面
８０ 空隙
９０ 波長変換層
９０ａ 波長変換層の上面、発光装置の発光面
１８１ 第１半導体層
１８２ 発光層
１８３ 第２半導体層
２ 発光素子
１８ 半導体構造
１８ｂ 光取出し面
１８ｃ 第１凸部
１８ｄ 平坦部
３３ 第１コンタクト電極
３４ 裏面電極
４１ 第１配線
４２ 第２配線
４３ 第２コンタクト電極
４４ 第２パッド電極
５３ 保護膜
５３ａ 保護膜の上面
５３ｂ 第２凸部
５３ｃ 凹部
７０ 透光性樹脂層
７０ａ 透光性樹脂層の上面
８０ 空隙
９０ 波長変換層
９０ａ 波長変換層の上面、発光装置の発光面
１８１ 第１半導体層
１８２ 発光層
１８３ 第２半導体層
Claims (8)
- 第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子と、
前記第１半導体層の上面に設けられた保護膜と、
前記保護膜上に前記保護膜に接するように設けられた透光性樹脂層と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように設けられた波長変換層と、
を備え、
前記第１半導体層の上面は、複数の第１凸部と平坦部とを有し、
前記保護膜の上面は、前記第１凸部の上方に位置する複数の第２凸部を有し、
断面視において、
前記平坦部は前記第２凸部間に位置し、
前記平坦部の上方であって、前記保護膜と前記透光性樹脂層との間に空隙を含む発光装置。 - 前記保護膜の厚さが８００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲であり、
前記第１半導体層の上面の算術平均粗さが２．０μｍ以上である請求項１記載の発光装置。 - 前記保護膜及び前記透光性樹脂層の屈折率は、前記半導体構造の屈折率よりも小さく、
前記保護膜の屈折率と前記透光性樹脂層の屈折率はほぼ等しい請求項１または２に記載の発光装置。 - 前記第１の光は青色光であり、前記波長変換層は青色光により励起され前記第１の光とは波長が異なる第２の光を発するＹＡＧ蛍光体を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた発光層とを備えた半導体構造を有し、前記第１半導体層の上面から第１の光を出射する発光素子を準備する工程と、
前記半導体構造の上面を、エッチングにより複数の第１凸部と平坦部とを有する凹凸形状とする工程と、
前記半導体構造の上面に接する保護膜を蒸着法により形成する工程と、
前記保護膜上に、前記保護膜に接するように透光性樹脂層を形成する工程と、
前記保護膜と前記透光性樹脂層とを介して前記第１半導体層の上面に対向するように波長変換層を形成する工程と、
を備える発光装置の製造方法。 - 前記保護膜を８００ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲の厚さに形成し、
前記第１半導体層の上面を、算術平均粗さが２．０μｍ以上となるようにエッチングする請求項５記載の発光装置の製造方法。 - 前記保護膜及び前記透光性樹脂層の屈折率は、前記半導体構造の屈折率よりも小さく、
前記保護膜の屈折率と前記透光性樹脂層の屈折率はほぼ等しい請求項５または６に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１の光は青色光であり、前記波長変換層は青色光により励起され前記第１の光とは波長が異なる第２の光を発するＹＡＧ蛍光体を含む請求項５〜７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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