JP2022039603A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】配光を容易に制御でき、且つ光取り出し効率の高い発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】発光装置100は、上面及び下面を有する半導体層1と、半導体層の上面に接して設けられた複数の光制御部材2と、光制御部材の周囲に設けられた透光部材3と、を備え、複数の光制御部材のそれぞれは、半導体層に接する第1面21と、第1面の反対側の第2面22と、第1面と第2面とを繋ぐ第3面23と、を有し、複数の光制御部材の第3面のそれぞれは、断面視において、半導体層の上面に対して異なる角度で傾斜する第1部分201と第2部分202とを、半導体層の上面側から順に有し、複数の光制御部材のうち隣り合う2つの光制御部材において、第1部分間の距離は、第1面から第2面に向かって小さくなり、第2部分間の距離は、第1面から第2面に向かって大きくなっている。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、発光装置及びその製造方法に関する。
近年、白色LED等の発光ダイオードを用いた発光装置は、高輝度化が進み、液晶バックライト、車載用途や照明等の光源として広く用いられている。用途が拡大されるにつれ、用途に応じた配光特性の制御やさらなる高輝度化が求められている。高輝度化させるために、例えば特許文献1には、半導体層成長基板の上下面を貫通する貫通孔を形成し、貫通孔の側面に反射膜を備えた発光装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された発光装置は、半導体層成長基板に形成した貫通孔を介して光を取り出すので、配光制御や光取り出し効率の観点で改善の余地がある。
本発明の実施形態は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、配光を容易に制御でき、且つ光取り出し効率の高い発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る発光装置は、上面及び下面を有する半導体層と、前記半導体層の前記上面に接して設けられた複数の光制御部材と、前記光制御部材の周囲に設けられた透光部材と、を備え、複数の前記光制御部材のそれぞれは、前記半導体層に接する第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ第3面と、を有し、複数の前記光制御部材の前記第3面のそれぞれは、断面視において、前記半導体層の上面に対して異なる角度で傾斜する第1部分と第2部分とを、前記半導体層の上面側から順に有し、複数の前記光制御部材のうち隣り合う2つの前記光制御部材において、前記第1部分間の距離は、前記第1面から前記第2面に向かって小さくなり、前記第2部分間の距離は、前記第1面から前記第2面に向かって大きくなっている。
また、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有する基板の前記第1面に半導体層を形成する工程と、前記基板の一部を除去し前記半導体層の一部を露出させ、前記半導体層上に複数の光制御部材を形成する工程であって、複数の前記光制御部材の側面は、前記基板の前記第1面に対して異なる角度で傾斜する第1部分及び第2部分を有する、前記光制御部材を形成する工程と、前記光制御部材の周囲に透光部材を配置する工程と、を備え、前記光制御部材を形成する工程は、第1圧力で前記基板をエッチングし前記第2部分を形成する工程と、前記第1圧力よりも高い第2圧力で前記基板をエッチングし前記第1部分を形成する工程と、を有する。
本発明の一実施形態によれば、配光を容易に制御でき、且つ光取り出し効率の高い発光装置及びその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら実施形態の発光装置とその製造方法について説明する。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態の発光装置100の模式的斜視図であり、図2は発光装置100の模式的断面図である。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態の発光装置100の模式的斜視図であり、図2は発光装置100の模式的断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態の発光装置100は、配線基板4と、半導体層1と、光制御部材2と、透光部材3と、を備えている。半導体層1は、配線基板4の上に設けられている。光制御部材2は、半導体層1の上に設けられている。透光部材3は、光制御部材2を埋め込むように半導体層1の上に設けられている。透光部材3は、光制御部材2の周囲に設けられている。
半導体層1は、例えば、第1導電型の第1半導体層11と、第1半導体層11上に積層された活性層12と、活性層12上に積層された第2導電型の第2半導体層13と、を有する。ここで、第1導電型とは、n型及びp型の一方の導電型のことをいい、第2導電型とは、他方の導電型のことをいう。本実施形態においては、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としている。
光制御部材2は、第2半導体層13の上面に接して設けられている。光制御部材2は、1つのみでもよく、複数でもよい。例えば、光制御部材2は、後述するように、半導体層1を成長させるために用いた基板が加工されることで形成されていでもよい。光制御部材2は、第2半導体層13の上面15に接する第1面21と、第1面21と対向する第2面22と、第1面21と第2面22とを繋ぐ第3面23と、を有する。例えば、光制御部材2の第1面21は上面であり、第2面は下面であり、第3面23は側面である。
光制御部材2が1つのみ設けられる場合は、そのサイズ、形状、配置などを適宜制御することにより、発光装置100から光を取り出す際に、所望の光学特性、例えば配光特性を得ることができる。複数の光制御部材2が設けられる場合は、個数や、それぞれの光制御部材2のサイズ、形状、配置などを適宜制御することにより、発光装置100から光を取り出す際に、所望の光学特性、例えば配光特性を得ることができる。
図2に示すように、光制御部材2の第2面22と、第3面23と、第2半導体層13の上面15のうち光制御部材2が接触していない上面16と、が透光部材3で覆われている。透光部材3は、光制御部材2の表面を覆い平坦な上面を有している。
光制御部材2の第3面23は、第2半導体層13の上面15に対して傾斜している。本実施形態の光制御部材2の第3面23は、断面視において、第2半導体層13の上面15に対して傾斜する第1部分201と第2部分202とを、第2半導体層13の上面15側から順に有する。第1部分201と第2部分202は、第2半導体層13の上面15に対して異なる角度で傾斜している。断面視において、隣り合う2つの光制御部材2の第1部分201間の距離は、光制御部材2の第1面21から第2面22に向かって小さくなる。断面視において、隣り合う2つの光制御部材2の第2部分202間の距離は、光制御部材2の第1面21から第2面22に向かって大きくなる。このような光制御部材2を半導体層1上に複数形成することで、半導体層1からの光を第1部分201により反射させ配光を制御することができる。また光制御部材2が第2部分202を有することで、光制御部材2の第2面22側から半導体層1に向かう光を反射させ光取り出し効率を向上させることができる。なお、光制御部材2の第3面23は、第2半導体層13の上面15に対して異なる角度で傾斜する3つ以上の面を有していてもよい。
第3面23の第1部分201と第2部分202の表面積の比率は、任意に定めることができる。配光制御の観点から、第1部分201の表面積は、第2部分202の表面積より大きくすることが好ましい。例えば、第1部分201の表面積を第2部分202の表面積の1.5倍以上5倍以下とすることが好ましい。第1部分201の表面積を第2部分202の表面積より大きくすることで、第1部分201の表面積と第2部分202の表面積が同じである場合に比べて、第1部分201での反射面積を増加させ配光を制御しやすくすることができる。また、光制御部材2の第1面21の面積は、光制御部材2の第2面22の面積よりも小さいことが好ましい。これにより、半導体層1からの光が光制御部材2の第1面21により遮光されることが抑制できる。
図3は、光制御部材2の模式的断面図である。
図3に示すように、光制御部材2の第2面22及び第3面23に反射膜29が設けられている。反射膜29は、光制御部材2に向かう光を反射させ、光取り出し効率をより向上させるために設けられる。反射膜29には、例えば、Al、Ag、Rh、Ptなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金を用いることができる。また、反射膜29には、例えば、SiO2、Nb2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3などの誘電体層の単層膜、又は複数の層が積層された積層膜を用いることができる。
図3に示すように、光制御部材2の第2面22及び第3面23に反射膜29が設けられている。反射膜29は、光制御部材2に向かう光を反射させ、光取り出し効率をより向上させるために設けられる。反射膜29には、例えば、Al、Ag、Rh、Ptなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金を用いることができる。また、反射膜29には、例えば、SiO2、Nb2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3などの誘電体層の単層膜、又は複数の層が積層された積層膜を用いることができる。
光制御部材2の高さは、例えば、10μm以上300μm以下とすることが好ましい。光制御部材2の高さとは、図3に高さ17として示す、断面視における第1面21と第2面22との間の最短距離である。また、隣り合う2つの光制御部材2の間隔は、5μm以上100μm以下程度とすることが好ましい。隣り合う2つの光制御部材2の間隔とは、図3に間隔18として示す、断面視において隣り合う2つの光制御部材2の表面の間の最短距離である。
図4は、光制御部材2の第1面21と第2面22の平面視における形状を例示する模式図である。第1面21や第2面22は、例えば、図4Aに示すように楕円形状でもよく、図4Bに示すように長方形状でもよく、図4Cに示すように円形状でもよく、図4Dに示すように六角形状でもよい。第1面21や第2面22の平面視における形状は、これらの他にも、多角形や、直線及び曲線を適宜組み合わせた任意の形状とすることができる。
光制御部材2の大きさは、図4に示す距離19が5μm以上100μm以下程度とすることが好ましい。距離19とは、光制御部材2の第1面21または第2面22において、その面の端縁間を結ぶ線分のうち最も長い線分の長さである。
図5は、光制御部材2の配置を例示する模式平面図である。
本実施形態においては、第2半導体層13の上面15に設けられた複数の光制御部材2は、それぞれ同一形状である。これらの光制御部材2は、平面視において、隣り合う光制御部材2の中心間距離が同じとなるように規則的に配置される。例えば、図6に示すように、平面視において、複数の光制御部材2の中心が三角形格子の頂点に位置するように配置することができる。光制御部材2の配置は、例えば、四角形格子、六角形格子等のその他多角形格子状の頂点に位置するようにしてもよい。
本実施形態においては、第2半導体層13の上面15に設けられた複数の光制御部材2は、それぞれ同一形状である。これらの光制御部材2は、平面視において、隣り合う光制御部材2の中心間距離が同じとなるように規則的に配置される。例えば、図6に示すように、平面視において、複数の光制御部材2の中心が三角形格子の頂点に位置するように配置することができる。光制御部材2の配置は、例えば、四角形格子、六角形格子等のその他多角形格子状の頂点に位置するようにしてもよい。
図5に示すように、第2半導体層13の上面15の上面視形状が4つの辺25で構成される四角形である場合、四角形の対角線30の交点となる点を、中心24とする。この中心24を基準として光制御部材2を配置することができる。
第2半導体層13の上面15には、中心24を含む第1領域26と、第1領域26の周囲に設けられた第2領域27と、を有する。例えば、第1領域26は、第2半導体層13の上面15の中心24と第2半導体層13の上面15の各頂点とを結ぶ複数の線分の中点を結んだ仮想線28によって囲まれる領域である。例えば、第2領域27は、仮想線28と辺25によって囲まれる領域である。
第1領域26に配置される光制御部材2の密度が、第2領域27に配置される光制御部材2の密度よりも高くなるように配置することができる。このような光制御部材2の配置により、第1領域26から取り出される光の量が第2領域27よりも少なくなる。そして、半導体層1から第1領域26に向かう光の一部は、第1領域26に設けられた光制御部材2の第3面23により第2領域27に向かって反射される。例えば、半導体層1から光を取り出す際、第1領域26から第2領域27に拡がる方向への発光強度を高くしたい時に、このような配置を用いることができる。
なお、図5には、第2半導体層13の上面15が矩形(四角形)の場合を例示したが、本実施形態はこの具体例には限定されない。第2半導体層13の上面15の平面形状は、円形、楕円形、多角形、その他、直線と曲線を適宜組み合わせた任意の形状とすることができる。これらの形状においても、その中心と辺とに基づいて、仮想線28を決定できる。中心は、幾何学的な重心と定義してもよい。そして、その中心(または重心)と辺とに基づいて、仮想線28を決定し、その外側の第1領域26及び内側の第2領域27を決定することができる。このようにして決定された第1領域26及び第2領域27に基づいて、複数の光制御部材2の配置を決定することができる。
図7に示す例においては、第1領域26における光制御部材2の間隔18が、図5に示す例よりも狭くなるように配置している。このような光制御部材2の配置により、図5に示す例よりさらに、第1領域26から取り出される光の量が第2領域27よりも少なくなる。そして、半導体層1から第1領域26に向かう光の一部は、第1領域26に設けられた光制御部材2の第3面23により第2領域27に向かって反射される。例えば、半導体層1から光を取り出す際、第1領域26から第2領域27に拡がる方向への発光強度を高くしたい場合に、このような配置を用いることができる。
図8に示す例においては、第1領域26の光制御部材2の密度が、第2領域27の光制御部材2の密度よりも低くなるように配置されている。具体的には、第1領域26には光制御部材2を配置せず、第2領域27の周縁に沿って複数の光制御部材2を配置している。このような光制御部材2の配置により、第1領域26から取り出される光の量が第2領域27よりも多くなる。例えば、半導体層1から光を取り出す際、横方向となる図8の紙面に平行な方向(例えば、X方向またはY方向)の発光強度より、正面となる図8の紙面に垂直な方向(Z方向)の発光強度を高くしたい時に、このような配置を用いることができる。
図9に示す具体例においては、第2領域27における光制御部材2の配置密度を、図8の具体例の第2領域27よりも高く配置している。これは、図8の具体例よりも、さらに横方向(例えば、X方向またはY方向)の発光強度を抑えて、正面(Z方向)の発光強度を高くするためである。
以上説明した図5、図7、図8、及び図9の例における光制御部材2の配置は一例に過ぎず、所望の発光強度を得るために適宜変更することができる。例えば、光制御部材2の配置は、正面方向への発光強度と、横方向への発光強度と、のバランスを考慮して任意に変更することができる。
本願明細書において、光制御部材2の「密度」は、次のとおり定義する。例えば、平面視において、第1領域26に配置した全ての光制御部材2の第2面22、もしくは第1面21のどちらか大きい方の面積を合計した総面積を、第1領域26の総面積で割った値を第1領域26における光制御部材2の密度とする。このように求めた値を比較して値の大きい方を密度が高いとする。第2領域27においても同様である。なお、図5に示すように光制御部材2が第2領域27に設けられていない場合は、第2領域27における光制御部材2の密度が最も小さい場合の一例である。また、図8に示すように光制御部材2が第1領域26に設けられていない場合は、第1領域26における光制御部材2の密度が最も小さい場合の一例である。
以下、実施形態の発光装置の各構成部材について説明する。
<半導体層>
半導体層1は、例えば、発光ダイオードの構造を有する。半導体層1を構成する半導体材料としては、GaN,AlN,InN、またはこれらの混晶であるIII-V族窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1))等を用いることができる。半導体層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)等の公知の技術により形成することができる。
<半導体層>
半導体層1は、例えば、発光ダイオードの構造を有する。半導体層1を構成する半導体材料としては、GaN,AlN,InN、またはこれらの混晶であるIII-V族窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1))等を用いることができる。半導体層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)等の公知の技術により形成することができる。
第1半導体層11、第2半導体層13は、それぞれ単一の層で構成されていてもよいし、複数の層を含んで構成されていてもよい。例えば、第1半導体層11は、第1導電型である。本実施形態では第1導電型はn型である。例えば、第2半導体層13は、第2導電型である。本実施形態では第2導電型はp型である。また、第1半導体層11は、例えば、アンドープの半導体層を含んでいてもよい。第2半導体層13は、アンドープの半導体層を含んでいてもよい。ここで、アンドープの半導体層とは、成長させるときに第1導電型又は第2導電型の不純物を意図的に添加することなく成長させた層のことをいい、例えば、隣接する層から拡散等により混入する不可避的な不純物を含んでいてもよい。
活性層12は、単一の層により構成されていてもよいし、複数の層により構成された単一又は多重量子井戸構造であってもよい。
<光制御部材>
光制御部材2は、例えば、シリコン、サファイア、窒化ガリウム等からなる。光制御部材2は、半導体層1を成長させるために用いた基板を加工して形成してもよい。基板は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。
光制御部材2は、例えば、シリコン、サファイア、窒化ガリウム等からなる。光制御部材2は、半導体層1を成長させるために用いた基板を加工して形成してもよい。基板は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。
光制御部材2の第2面22及び第3面23の表面には、反射膜29が形成されている。反射膜の材料としては、活性層12から発する光の発光ピーク波長において高い反射率を有する金属材料を用いることが好ましい。このような金属材料として、Al、Ag、Rh、Ptなどの金属材料、又はこれらの金属材料を主成分とする合金を用いることができる。反射膜29の膜厚は、50~1000nm程度とすることができる。反射膜29は、活性層12から発する光の発光ピーク波長において60%以上、好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上の反射率を有することが好ましい。
反射膜29として、屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層させたDBR(Distributed Bragg Reflector)膜を形成してもよい。誘電体膜の材料は、例えば、SiO2、Nb2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3などを用いる。1つの誘電体膜の厚さは、例えば、1nm~500nm程度である。
金属膜やDBR膜は、例えば、スパッタリング法や蒸着法、CVD法、ALD法などにより形成することができる。
金属膜やDBR膜は、例えば、スパッタリング法や蒸着法、CVD法、ALD法などにより形成することができる。
<透光部材>
本実施形態の発光装置は、光制御部材2の第2面22及び第3面23と、第2半導体層13の上面15のうち光制御部材2の第1面21が接触していない上面16とに、透光部材3が設けられている。
本実施形態の発光装置は、光制御部材2の第2面22及び第3面23と、第2半導体層13の上面15のうち光制御部材2の第1面21が接触していない上面16とに、透光部材3が設けられている。
透光部材3は、半導体層1の光取り出し面となる第2半導体層13の上面15を被覆し、半導体層1から出射される光を透過させ、外部に放出することが可能な部材である。透光部材3は、光拡散材や、半導体層1から出射される光の一部を波長変換可能な蛍光体を含有していてもよい。上面視において、透光部材3の大きさは、半導体層1の大きさと同じとすることが好ましい。透光部材3の大きさは特に限定されず、半導体層1の大きさより大きく、あるいは小さくしてもよい。透光部材3の厚さは、例えば、50μm~300μmとすることができる。
透光部材3は、例えば、樹脂、ガラス等により形成することができる。蛍光体を含有する透光部材3としては、蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス又は他の無機物に蛍光体を含有させたもの等が挙げられる。なお、透光部材3は、樹脂、ガラス等の成形体の表面に蛍光体が設けられた積層構造を有するものとしてもよい。透光部材3は、光制御部材2との界面において光を反射させ輝度を向上させる観点から、高い透光性を有することが好ましい。透光部材3が高い透光性を有するとは、例えば、透光部材3が半導体層1から出射される光の発光ピーク波長において、50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上の透過率を有することを意味する。
透光部材3に含有させる蛍光体としては、例えば、発光素子として、青色発光素子又はは紫外線発光素子を用いる場合には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG:Ce)、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(LAG:Ce)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体(CaO-Al2O3-SiO2:Eu)、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体(例えば(Sr,Ba)2SiO4:Eu)、βサイアロン系蛍光体(例えばSi6-zAlzOzN8-z:Eu(0<Z<4.2))、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体、KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn)、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体等が挙げられる。これらの蛍光体と、発光素子と、の組み合わせにより、所望の発光色の発光装置(例えば白色光を発する発光装置)を得ることができる。このような蛍光体が透光部材に含有される場合、蛍光体の濃度は、例えば5%~50%程度とすることが好ましい。
<配線基板>
半導体層1の第1半導体層11の上面14にはp側電極が設けられ、第2半導体層13にはn側電極が設けられている。半導体層1のp側電極とn側電極は、配線基板4上に形成されたp側接続部およびn側接続部に接合材料を介して接続される。配線基板4は、例えば、樹脂やセラミックなどの絶縁部材を基体とし、基体上にp側接続部およびn側接続部等の2以上の導電部と、外部から給電するための2以上の電極とが配置されている。
半導体層1の第1半導体層11の上面14にはp側電極が設けられ、第2半導体層13にはn側電極が設けられている。半導体層1のp側電極とn側電極は、配線基板4上に形成されたp側接続部およびn側接続部に接合材料を介して接続される。配線基板4は、例えば、樹脂やセラミックなどの絶縁部材を基体とし、基体上にp側接続部およびn側接続部等の2以上の導電部と、外部から給電するための2以上の電極とが配置されている。
接合材料は、例えば、Snと、Pb、Sb、Bi、Cd、Cu、Au、In、Ag、Al、Fe、Niなどの材料を1つ、もしくはいずれか2つ以上組み合わせた、はんだ材を用いることができる。あるいは、接合材料として、導電性ペーストなどを用いてもよい。
次に、実施形態の発光装置の製造方法について図面を参照して説明する。
図10に示すように、本実施形態における発光装置の製造方法は、発光素子構造形成工程(S10)と、サポート基板貼り付け工程(S11)と、基板研磨工程(S12)と、第1レジスト形成工程(S13)と、基板エッチング工程(S14)と、第1レジスト除去工程(S15)と、第2レジスト形成工程(S16)と、反射膜形成工程(S17)と、第2レジスト除去工程(S18)と、透光部材形成工程A(S19A)と、サポート基板除去工程(S20)と、チップ化工程(S21)と、電極面形成工程(S22)と、配線基板実装工程(S23)と、を備えている。
図10に示すように、本実施形態における発光装置の製造方法は、発光素子構造形成工程(S10)と、サポート基板貼り付け工程(S11)と、基板研磨工程(S12)と、第1レジスト形成工程(S13)と、基板エッチング工程(S14)と、第1レジスト除去工程(S15)と、第2レジスト形成工程(S16)と、反射膜形成工程(S17)と、第2レジスト除去工程(S18)と、透光部材形成工程A(S19A)と、サポート基板除去工程(S20)と、チップ化工程(S21)と、電極面形成工程(S22)と、配線基板実装工程(S23)と、を備えている。
以下、図2及び図11~図24を参照しつつ、各工程について詳細に説明する。
(発光素子構造形成工程:S10)
まず、図11に示すように、基板210上に、発光素子構造6を形成する。基板210には、例えば、シリコンやサファイアからなる基板を用いる。発光素子構造6は、公知の製造方法により形成することができる。基板210は、第1面210aと、第1面210aの反対側の第2面210bと、を有する。
(発光素子構造形成工程:S10)
まず、図11に示すように、基板210上に、発光素子構造6を形成する。基板210には、例えば、シリコンやサファイアからなる基板を用いる。発光素子構造6は、公知の製造方法により形成することができる。基板210は、第1面210aと、第1面210aの反対側の第2面210bと、を有する。
まず、基板210の第1面210a上に、MOCVD法を用いて、第2半導体層13と、活性層12と、第1半導体層11と、をこの順に形成し、窒化物半導体層が積層された半導体層1を形成する。
次に、n側電極を接続するためのn側電極接続面65として、第2半導体層13の一部を露出させる。例えば、第1半導体層11、活性層12、及び第2半導体層13の一部を除去して、第2半導体層13の一部を露出させる。本実施形態では、この第2半導体層13の露出面がn側電極接続面65となる。
次に、ウェーハの全面に、全面電極61として、例えば、Ag、Ni、Ti、及びPtを順次積層してなる積層構造を有する電極を形成する。その後、カバー電極62として、例えば、AlCuを形成する。本実施形態では、このカバー電極62の上面の一部がp側電極接続面66となる。その後、ウェーハの表面全体に、例えば、絶縁性のSiO2などを積層して保護膜63を形成する。そして、保護膜63に、パッド電極64と接続させるための開口部を形成する。この保護膜63の開口部から露出する第2半導体層13の表面は、第2半導体層13とパッド電極64を接続するためのn側電極接続面65となる。保護膜63には、さらにカバー電極62とパッド電極64を接続するための開口部が形成され、その開口部から露出するカバー電極62がp側電極接続面66となる。
その後、n側電極接続面65及びp側電極接続面66に接続されるパッド電極64をそれぞれ形成する。パッド電極64として、例えば、AlCuSi、Ti、Pt、Auが順次積層されてなる多層構造の電極を形成する。以上の工程により、半導体層1を含む発光素子構造6が形成される。
基板210上には、複数の発光素子構造6がマトリクス状に配列して形成される。なお、図11に示す例では、n側電極接続面65が2つ設けられているが、1つのn側電極接続面65は隣接する発光素子構造6に属するものである。
(サポート基板貼り付け工程:S11)
サポート基板貼り付け工程では、図12に示すように、まず発光素子構造6が形成されたウェーハ全面に樹脂を塗布する。その後、加熱することで樹脂を硬化して樹脂層42を形成し、樹脂層42上に接着層43となる粘性材料を塗布する。そして、接着層43上に基板210と略同じサイズのサポート基板41を配置した後、加熱し接着層43を硬化させることで、サポート基板41と発光素子構造6とを貼り付ける。このような工程により、サポート基板41と発光素子構造6とを強固に保持できる。サポート基板41としては、例えば、シリコンやガラスやサファイアなどからなる基板を用いる。
サポート基板貼り付け工程では、図12に示すように、まず発光素子構造6が形成されたウェーハ全面に樹脂を塗布する。その後、加熱することで樹脂を硬化して樹脂層42を形成し、樹脂層42上に接着層43となる粘性材料を塗布する。そして、接着層43上に基板210と略同じサイズのサポート基板41を配置した後、加熱し接着層43を硬化させることで、サポート基板41と発光素子構造6とを貼り付ける。このような工程により、サポート基板41と発光素子構造6とを強固に保持できる。サポート基板41としては、例えば、シリコンやガラスやサファイアなどからなる基板を用いる。
(基板研磨工程:S12)
基板研磨工程では、図13に示すように、基板210を所望の厚みに研磨する。研磨する量は、研磨前の基板210の厚みが例えば1000μmの場合、基板210が50nm~2000nm程度になるように研磨する。基板210の発光素子構造6と反対側の面を研磨し研磨面211を露出させる。
基板研磨工程では、図13に示すように、基板210を所望の厚みに研磨する。研磨する量は、研磨前の基板210の厚みが例えば1000μmの場合、基板210が50nm~2000nm程度になるように研磨する。基板210の発光素子構造6と反対側の面を研磨し研磨面211を露出させる。
(第1レジスト形成工程:S13)
第1レジスト形成工程では、フォトリソグラフィ法により、図14に示すように、研磨面211のうち光制御部材2を形成する領域に開口部7aを有する第1レジスト7を形成する。
第1レジスト形成工程では、フォトリソグラフィ法により、図14に示すように、研磨面211のうち光制御部材2を形成する領域に開口部7aを有する第1レジスト7を形成する。
(基板エッチング工程:S14)
基板エッチング工程では、図15Aに示すように、第1レジスト7をマスクとして、開口部7aに位置する基板210を、反応性イオンエッチング(RIE)により除去し、第2半導体層13の上面15を露出させる。このような工程により、第2半導体層13の上面15に基板210の一部からなる光制御部材2を形成する。光制御部材2の側面は、基板210の第1面に対して異なる角度で傾斜する第1部分201及び第2部分202を有する。
基板エッチング工程では、図15Aに示すように、第1レジスト7をマスクとして、開口部7aに位置する基板210を、反応性イオンエッチング(RIE)により除去し、第2半導体層13の上面15を露出させる。このような工程により、第2半導体層13の上面15に基板210の一部からなる光制御部材2を形成する。光制御部材2の側面は、基板210の第1面に対して異なる角度で傾斜する第1部分201及び第2部分202を有する。
図15Bに示す基板210の形状を得るために、まず切り替えライン203に達するまで第1圧力を0.1Pa~3.0Pa程度としてエッチング処理を行うことで第2部分202を形成する。次に、切り替えライン203から、第1圧力よりも高い第2圧力を10Pa~200Pa程度として、第2半導体層13の上面15が露出するまでエッチング処理を行うことで第1部分201を形成する。その際、切り替えライン203は適宜位置変更可能で、0.1Pa~3.0Pa程度で処理する時間と、10Pa~200Pa程度で処理する時間をそれぞれ所望の時間に変更すれば良い。
図15Bに例示するように、エッチング時の圧力を0.1Pa~3.0Pa程度とした第1圧力で処理した場合の光制御部材2の第3面23の第2部分202は、第1レジスト7側を上面とした時に、順テーパ形状となる。その後、エッチング時の圧力を10Pa~200Pa程度とした第2圧力で処理した場合の光制御部材2の第3面23の第1部分201は、第1レジスト7側を上面とした時に、逆テーパ形状となる。
(第1レジスト除去工程:S15)
第1レジスト除去工程では、図16に示すように、第1レジスト7を除去する。これらの第1レジスト形成工程、基板エッチング工程、第1レジスト除去工程を行うことにより、基板210からなる複数の光制御部材2が第2半導体層13の上面15に形成される。
第1レジスト除去工程では、図16に示すように、第1レジスト7を除去する。これらの第1レジスト形成工程、基板エッチング工程、第1レジスト除去工程を行うことにより、基板210からなる複数の光制御部材2が第2半導体層13の上面15に形成される。
(第2レジスト形成工程:S16)
第2レジスト形成工程では、図17に示すように、フォトリソグラフィ法により、エッチングされた基板210に反射膜を形成する領域に開口部8aを有する第2レジスト8を形成する。
第2レジスト形成工程では、図17に示すように、フォトリソグラフィ法により、エッチングされた基板210に反射膜を形成する領域に開口部8aを有する第2レジスト8を形成する。
(反射膜形成工程:S17)
反射膜形成工程では図18に示すように、反射膜29を第2レジスト8の表面と基板210の表面とに連続して形成する。反射膜形成工程は、光制御部材2を形成する工程の後であって、後述する透光部材形成工程Aの前に行う。反射膜29は、例えば、スパッタリングなどにより形成する。反射膜29としては、Al又はAlを主成分とする合金、Ag、Rh、Cu、Ni、Pt、Snなどの単層膜または多層膜、または、SiO2、Nb2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3、などの単層膜、または、2種類以上を組み合わせた積層膜を用いることができる。
反射膜形成工程では図18に示すように、反射膜29を第2レジスト8の表面と基板210の表面とに連続して形成する。反射膜形成工程は、光制御部材2を形成する工程の後であって、後述する透光部材形成工程Aの前に行う。反射膜29は、例えば、スパッタリングなどにより形成する。反射膜29としては、Al又はAlを主成分とする合金、Ag、Rh、Cu、Ni、Pt、Snなどの単層膜または多層膜、または、SiO2、Nb2O3、TiO2、Ta2O5、Al2O3、などの単層膜、または、2種類以上を組み合わせた積層膜を用いることができる。
(第2レジスト除去工程:S18)
第2レジスト除去工程では、図19に示すように、第2レジスト8を除去することで、表面に反射膜29が形成された光制御部材2が形成される。
第2レジスト除去工程では、図19に示すように、第2レジスト8を除去することで、表面に反射膜29が形成された光制御部材2が形成される。
(透光部材形成工程A:S19A)
透光部材形成工程Aでは、図20に示すように、光制御部材2の第2面22と、光制御部材2の第3面23と、を覆う透光部材3を形成する。透光部材3は、光制御部材2が埋まる程度の厚みで形成する。透光部材3は、例えば、蛍光体を含有する樹脂を塗布した後、加熱し硬化することで形成する。
透光部材形成工程Aでは、図20に示すように、光制御部材2の第2面22と、光制御部材2の第3面23と、を覆う透光部材3を形成する。透光部材3は、光制御部材2が埋まる程度の厚みで形成する。透光部材3は、例えば、蛍光体を含有する樹脂を塗布した後、加熱し硬化することで形成する。
(サポート基板除去工程:S20)
サポート基板除去工程では、図21に示すように、サポート基板41を樹脂層42からせん断負荷、紫外線照射、沸騰水浸漬などで除去する。その後、樹脂層42上に残存する接着層43を、剥離液や有機溶剤などを用いて除去し、樹脂層42の全面を完全に露出させることが好ましい。
サポート基板除去工程では、図21に示すように、サポート基板41を樹脂層42からせん断負荷、紫外線照射、沸騰水浸漬などで除去する。その後、樹脂層42上に残存する接着層43を、剥離液や有機溶剤などを用いて除去し、樹脂層42の全面を完全に露出させることが好ましい。
(電極面形成工程:S21)
電極面形成工程では、図22に示すように、樹脂層42の一部を除去し、パッド電極64を樹脂層42から露出させる。樹脂層42を除去する際、パッド電極64の表面を完全に露出する必要がある為、パッド電極64の一部を樹脂層42と同時に除去する。樹脂層42およびパッド電極64の除去は、例えば、研磨や研削により行う。
電極面形成工程では、図22に示すように、樹脂層42の一部を除去し、パッド電極64を樹脂層42から露出させる。樹脂層42を除去する際、パッド電極64の表面を完全に露出する必要がある為、パッド電極64の一部を樹脂層42と同時に除去する。樹脂層42およびパッド電極64の除去は、例えば、研磨や研削により行う。
(チップ化工程:S22)
チップ化工程では、図23に示すように、図22の工程まで形成されたウェーハを、所望の大きさを有する複数の発光装置に分割する。この分割は、例えば、図22に示す切断線(一点鎖線)に沿って行う。
チップ化工程では、図23に示すように、図22の工程まで形成されたウェーハを、所望の大きさを有する複数の発光装置に分割する。この分割は、例えば、図22に示す切断線(一点鎖線)に沿って行う。
(配線基板実装工程:S23)
配線基板実装工程では、図24に示すように、図23の工程で個片化された状態のものを配線基板4に接合する。なお、チップ化工程前にウェーハと配線基板4とを接合し、その後、図22に示す切断線(一点鎖線)に沿って配線基板4と同時に分割してもよい。
配線基板実装工程では、図24に示すように、図23の工程で個片化された状態のものを配線基板4に接合する。なお、チップ化工程前にウェーハと配線基板4とを接合し、その後、図22に示す切断線(一点鎖線)に沿って配線基板4と同時に分割してもよい。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態における発光装置の構造を、図25を参照して説明する。
図25は、本実施形態の発光装置を例示する模式部分断面図である。
第2実施形態においては、図25に示すように、透光部材3は、透光部3aと波長変換部3bとを有する。透光部3aは、光制御部材2の第2面22と、第3面23と、第2半導体層13の上面15のうち、光制御部材2の第1面21が接触していない上面16と、を覆うように設けられている。透光部3aは、光制御部材2が埋まる程度の厚さで形成され、透光部3aの表面は平坦な面を有している。透光部3aの表面に、波長変換部3bが設けられている。
本発明の第2実施形態における発光装置の構造を、図25を参照して説明する。
図25は、本実施形態の発光装置を例示する模式部分断面図である。
第2実施形態においては、図25に示すように、透光部材3は、透光部3aと波長変換部3bとを有する。透光部3aは、光制御部材2の第2面22と、第3面23と、第2半導体層13の上面15のうち、光制御部材2の第1面21が接触していない上面16と、を覆うように設けられている。透光部3aは、光制御部材2が埋まる程度の厚さで形成され、透光部3aの表面は平坦な面を有している。透光部3aの表面に、波長変換部3bが設けられている。
本発明の第2実施形態における発光装置の製造方法について説明する。
図26は、本実施形態の発光装置の製造方法のフローチャートである。
図10に例示した第1実施形態のフローチャートにおける透光部材形成工程A(S19A)を透光部材形成工程B(S19B)とすることが、第1実施形態との主な相違点であり、それ以外の工程第1実施形態と同様とすることができる。
図26は、本実施形態の発光装置の製造方法のフローチャートである。
図10に例示した第1実施形態のフローチャートにおける透光部材形成工程A(S19A)を透光部材形成工程B(S19B)とすることが、第1実施形態との主な相違点であり、それ以外の工程第1実施形態と同様とすることができる。
第2実施形態における透光部材形成工程Bにおいては、光制御部材2の全体が埋まるように透光部3aとなる透光性樹脂を塗布する。その後、波長変換部3bとなる板状の波長変換部材を透光性樹脂の表面に設け、加熱する。加熱することで、図25に例示したように、透光性樹脂が硬化するとともに、透光部3aの透光性樹脂と、波長変換部3bの波長変換部材とを、接合することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、発光装置やその製造方法が備える各要素・工程の内容、条件、形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
以上説明した本実施形態の窒化物半導体素子は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子、さらには半導体受光素子など、その他の半導体デバイスに好適に利用することができる。
1 半導体層
2 光制御部材
3 透光部材
3a 透光部
3b 波長変換部
4 配線基板
6 発光素子構造
7 第1レジスト
8 第2レジスト
9 発光素子
11 第1半導体層
12 活性層
13 第2半導体層
14 第1半導体層の上面
15 第2半導体層の上面
16 光制御部材が接していない第2半導体層の上面
17 高さ
18 間隔
19 距離
21 光制御部材の第1面
22 光制御部材の第2面
23 光制御部材の第3面
24 中心
25 辺
26 第1領域
27 第2領域
28 仮想線
29 反射膜
30 対角線
41 サポート基板
42 樹脂層
43 接着層
61 全面電極
62 カバー電極
63 保護膜
64 パッド電極
65 n側電極接続面
66 p側電極接続面
100 発光装置
201 第1部分
202 第2部分
203 切り替えライン
210 基板
211 研磨面
2 光制御部材
3 透光部材
3a 透光部
3b 波長変換部
4 配線基板
6 発光素子構造
7 第1レジスト
8 第2レジスト
9 発光素子
11 第1半導体層
12 活性層
13 第2半導体層
14 第1半導体層の上面
15 第2半導体層の上面
16 光制御部材が接していない第2半導体層の上面
17 高さ
18 間隔
19 距離
21 光制御部材の第1面
22 光制御部材の第2面
23 光制御部材の第3面
24 中心
25 辺
26 第1領域
27 第2領域
28 仮想線
29 反射膜
30 対角線
41 サポート基板
42 樹脂層
43 接着層
61 全面電極
62 カバー電極
63 保護膜
64 パッド電極
65 n側電極接続面
66 p側電極接続面
100 発光装置
201 第1部分
202 第2部分
203 切り替えライン
210 基板
211 研磨面
Claims (8)
- 上面及び下面を有する半導体層と、
前記半導体層の前記上面に接して設けられた複数の光制御部材と、
前記光制御部材の周囲に設けられた透光部材と、
を備え、
複数の前記光制御部材のそれぞれは、前記半導体層に接する第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面とを繋ぐ第3面と、を有し、
複数の前記光制御部材の前記第3面のそれぞれは、断面視において、前記半導体層の上面に対して異なる角度で傾斜する第1部分と第2部分とを、前記半導体層の上面側から順に有し、
複数の前記光制御部材のうち隣り合う2つの前記光制御部材において、前記第1部分間の距離は、前記第1面から前記第2面に向かって小さくなり、前記第2部分間の距離は、前記第1面から前記第2面に向かって大きくなっている発光装置。 - 前記光制御部材の少なくとも前記第3面に、反射膜が設けられている請求項1記載の発光装置。
- 前記光制御部材の前記第2面及び前記第3面は、前記透光部材に覆われている請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記半導体層の前記上面は、前記上面の中心を含む第1領域と、前記第1領域の周囲に位置する第2領域と、を有し、
前記第1領域に設けられた前記光制御部材の密度は、前記第2領域に設けられた前記光制御部材の密度よりも高い請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記半導体層の前記上面は、前記上面の中心を含む第1領域と、前記第1領域の周囲に位置する第2領域と、を有し、
前記第1領域に設けられた前記光制御部材の密度は、前記第2領域に設けられた前記光制御部材の密度よりも低い請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置。 - 第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有する基板の前記第1面に半導体層を形成する工程と、
前記基板の一部を除去し前記半導体層の一部を露出させ、前記半導体層上に複数の光制御部材を形成する工程であって、複数の前記光制御部材の側面は、前記基板の前記第1面に対して異なる角度で傾斜する第1部分及び第2部分を有する、前記光制御部材を形成する工程と、
前記光制御部材の周囲に透光部材を配置する工程と、
を備え、
前記光制御部材を形成する工程は、第1圧力で前記基板をエッチングし前記第2部分を形成する工程と、前記第1圧力よりも高い第2圧力で前記基板をエッチングし前記第1部分を形成する工程と、を有する発光装置の製造方法。 - 前記光制御部材を形成する工程は、前記基板の前記第2面に第1レジストを形成する工程と、前記第1レジストを用いて前記基板をエッチングする工程と、を有する請求項6記載の発光装置の製造方法。
- 前記光制御部材を形成する工程の後であって、前記透光部材を配置する工程の前に、前記光制御部材の前記側面に反射膜を形成する工程をさらに備えた請求項6または7に記載の発光装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020144721A JP7483197B2 (ja) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 発光装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020144721A JP7483197B2 (ja) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 発光装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022039603A true JP2022039603A (ja) | 2022-03-10 |
JP7483197B2 JP7483197B2 (ja) | 2024-05-15 |
Family
ID=80498550
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020144721A Active JP7483197B2 (ja) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 発光装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP7483197B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011159650A (ja) | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Kyocera Corp | 発光素子 |
KR20180015848A (ko) | 2016-08-04 | 2018-02-14 | 삼성전자주식회사 | 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자의 제조 방법 |
-
2020
- 2020-08-28 JP JP2020144721A patent/JP7483197B2/ja active Active
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JP7483197B2 (ja) | 2024-05-15 |
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