JP4630629B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体材料によって形成される発光素子およびそれを用いた発光装置に関し、特に、放熱性、光取り出し性の向上を阻害することなく発光特性に優れ、安価で量産性に優れる発光素子および発光装置に関する。

従来、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子を光源とする発光装置が知られている。このような発光装置において、Ａｕ等のスタッドバンプを用いてＬＥＤ素子をプリント配線基板等の配線パターンと電気的に接続するフリップ実装が知られている。

フリップ実装は、スタッドバンプを介して発光素子のカソードおよびアノードと配線パターンとを接続することにより、パッド電極、ワイヤ等の電気接続部材を用いることなく発光素子を実装することができる。しかも、実装面と反対側から光を放射するので、パッド電極やワイヤによって光が遮られることがなく光放射性に優れる。

一方、上記したフリップ実装を行うにあたって、カソードおよびアノードの数に応じてスタッドバンプを設ける必要があるだけでなくＬＥＤ素子の安定配置のためには３点以上のスタッドバンプを設ける必要があり、バンプ形成に手間とコストを要する。特に、ラージサイズの発光素子では複数のスタッドバンプを設けて多点接合を行っており、より手間とコストが大になる。

このようなバンプ形成に要する手間を解消するものとして、プリント配線板の表面にめっきによって部品搭載用バンプを形成するバンプ形成方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載されるバンプ形成方法によると、プリント配線板表面にスピンコーター又は印刷法を用いて配線パターン上を含めほぼ均一になるようにレジストを塗布することによりレジスト膜を形成する。レジスト膜の形成後、所望するバンプの位置、及び形状に対応したマスク窓を有するマスクを用いて露光を行う。次に、通常のフォトレジストの現像に用いられる浸漬法、又はスプレー法で現像してめっきする部分を溶解させて開口部を形成した後、めっきを行い、レジスト膜を溶解除去することにより、プリント配線板上に複数の部品搭載用バンプを形成する。
特開２００２−９４２７号公報（[０００７]）

しかし、特許文献１によると、部品搭載用バンプをプリント配線板上に設けているため、バンプ形成工程が必要となって製造工程数が増加し、コスト高になるという問題がある。また、発光素子の電極形状に応じた形状精度の高い部品搭載用バンプが必要となるだけでなく、部品搭載用バンプに対する発光素子の高精度な位置決めが要求されることから、発光素子の取り扱いに限界が生じ、生産性の向上を図ることができない。

従って、本発明の目的は、放熱性、光取り出し性の向上を阻害することなく発光特性に優れ、安価で量産性に優れる発光素子および発光装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、フリップ実装面にｐコンタクト電極及びｎコンタクト電極を備えた発光素子が、外部実装パターンを有する実装基板に実装される発光装置の製造方法であって、前記発光素子の前記ｐコンタクト電極及び前記ｎコンタクト電極にめっきにより形成され、前記ｐコンタクト電極及び前記ｎコンタクト電極の表面に形成される厚膜層と、前記厚膜層の表面に形成される薄膜層と、を有する膜状の融着接合部を設け、前記ｐコンタクト電極の表面に形成される前記融着接合部は、前記ｐコンタクト電極の略全面に島状に分割して形成され、前記実装基板上に前記発光素子を位置決めし、前記実装基板の前記外部実装パターンに前記融着接合部を融着により直接接合し、前記実装基板の上方から前記発光素子を低融点ガラスによりホットプレス加工で封止する発光装置の製造方法を提供する。

本発明によると、素子製造工程において発光素子のｎ側およびｐ側に電気的に接続された融着接合部を一体的に設けることにより、放熱性、光取り出し性の向上を阻害することなく発光特性に優れ、安価で量産性を向上させることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤを示す縦断面図である。このＬＥＤ１は、ウエハー状の基板上に複数のＬＥＤ素子を実装し、その上方からガラスで封止することにより形成された複数のＬＥＤをダイサー(dicer)でカットすることにより形成される。

（ＬＥＤ１の構成）
ＬＥＤ１は、窒化物系化合物半導体材料からなるフリップチップ型のＬＥＤ素子（熱膨張率α：７×１０^-6／℃）２と、ＬＥＤ素子２をマウントする無機材料基板としてのＡｌ₂Ｏ₃基板３と、タングステン（Ｗ）−ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）で構成されてＡｌ₂Ｏ₃基板３に形成される回路パターン４Ａ，４Ｂおよびビアパターン４Ｃと、ＬＥＤ素子２のｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極の表面にＮｉ厚膜およびＡｕによって構成される融着接合部５と、無機封止材料としてＬＥＤ素子２を封止するとともにＡｌ₂Ｏ₃基板３に熱圧着される透明なガラスからなるガラス封止部６とを有する。

（ＬＥＤ素子２の構成）
図２および図３は、第１の実施の形態のＬＥＤに用いられるＬＥＤ素子を示し、図２はＬＥＤ素子を電極形成面から見た平面図、図３は図２のＡ−Ａ部におけるＬＥＤ素子の切断図である。このＬＥＤ素子２は、図２に示すようにｐコンタクト電極およびｎコンタクト電極の形状に応じて設けられる融着接合部５を有しており、図３に示すようにサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板２０上に、図示しないＡｌＮバッファ層を介してｎ−ＧａＮ層２１と、発光層２２と、ｐ−ＧａＮ層２３を順次結晶成長させることによって形成したＧａＮ系半導体層を有する。

ＧａＮ系半導体層は更に、ｐ−ＧａＮ層２３の表面に設けられるＲｈからなるｐコンタクト電極２４と、ｐ−ＧａＮ層２３からｎ−ＧａＮ層２１の一部にかけてドライエッチングを施すことにより除去して露出したｎ−ＧａＮ層２１に設けられるＶ／Ａｌからなるｎコンタクト電極２５とを有しており、このｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５の表面に無電界めっきによって融着接合部５が一体的に設けられている。

ここで、ｎコンタクト電極２５は、通電電流に対し、低接触電圧とできる必要充分なサイズとされ、残りのスペースの大半をｐコンタクト電極２４としてある。すなわち、素子周囲余白と、ｐコンタクト電極２４−ｎコンタクト電極２５とが短絡しない間隔以外は、ｐコンタクト電極２４が占める。

ＬＥＤ素子２は、０．３４ｍｍ×０．３４ｍｍ×厚さ０．０９ｍｍのサイズを有し、７００℃以上でエピタキシャル成長されて６００℃以上の耐熱温度を備え、後述する低融点ガラスを用いて封止加工を行うときの温度に対して安定である。ｐコンタクト電極２４を形成するＲｈは、電流拡散性および光反射性を有することにより発光層２２から発せられる光をサファイア基板２０の方向に反射する下面反射鏡としても機能する。

Ａｌ₂Ｏ₃基板３は、熱膨張率：７．０×１０^-6／℃であり、表面から裏面にかけて貫通した複数のビアホール３Ａを有する。このビアホール３Ａは、Ａｌ₂Ｏ₃基板３の表面および裏面にメタライズされた回路パターン４Ａ，４Ｂを導通させるビアパターン４Ｃを有する。

融着接合部５は、ＬＥＤ素子２の製造工程においてｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５の表面に無電界めっきによって厚膜状に形成されるＮｉ層５０と、Ｎｉ層５０の表面にフラッシュめっきによって設けられるＡｕ層５１とを有し、接合時にＬＥＤ素子２の上面がＡｌ₂Ｏ₃基板３の表面と平行になる高さを有するように形成されている。また、超音波併用熱圧着実装に基づいてＡｕ層５１を溶融させることにより、ｐ電極２４およびｎ電極２５の形状に応じた面積で回路パターン４Ｂに接合される。なお、Ｎｉ層５０については超音波併用熱圧着に対してＡｕの支持層としての適度な硬さを有するものであれば良く、例えば、ＡｇやＣｕ等の金属材料で形成しても良い。

ガラス封止部６は、ＳｉＯ₂−ＮｂＯ₂系の低融点ガラス（熱膨張率：７．０×１０^-6／℃）によって形成されており、金型によるホットプレス加工によってＡｌ₂Ｏ₃基板３上に熱圧着されている。ガラス封止部６の光取り出し側には半球状の光学形状面６Ａが形成されており、ＬＥＤ素子２から放射される光を光学形状に基づく方向に放射させる。なお、封止材料は、無機封止材料であるガラスに代えて、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の樹脂封止材料を用いることも可能である。

低融点ガラスは、一般に、樹脂において高粘度といわれるレベルより、桁違いに高い粘度で加工される。また、ガラスの場合には、屈伏点を数十℃超えても粘度が一般の樹脂封止レベルまで低くはならない。そのため、フリップ実装されたＬＥＤ素子２に対するホットプレス加工に基づくガラス封止加工では、ＬＥＤ素子２とＡｌ₂Ｏ₃基板３との間に隙間があると、加圧されたガラスが中途半端に侵入し、電極の部分的な剥離を生じさせる可能性があり、これは発光パターン異常を生じさせることになる。また、電極は反射膜をも兼ねているが、電極剥離箇所に至り、ＧａＮから空気中へ外部放射される光は本来の方向ではない方向へ放射される。

（ＬＥＤ１の製造方法）
このＬＥＤ１の製造方法について、以下に説明する。まず、ビアホール３Ａを有したＡｌ₂Ｏ₃基板３を用意し、Ａｌ₂Ｏ₃基板３の表面、裏面、およびビアホール３Ａに回路パターン４Ａ，４Ｂ，およびビアパターン４Ｃに応じてＷペーストをスクリーン印刷する。

次に、Ｗペーストを印刷されたＡｌ₂Ｏ₃基板３を１０００℃余で熱処理して、ＷをＡｌ₂Ｏ₃基板３に焼き付け、さらに、Ｗ上にＮｉめっき、Ａｕめっきを施すことで回路パターン４Ａ，４Ｂ，およびビアパターン４Ｃを形成する。

次に、回路パターン４Ｂ上の所定の位置にＬＥＤ素子２を位置決めし、超音波併用熱圧着により融着接合部５のＡｕ層５１を溶融させることによってＬＥＤ素子２を回路パターン４Ｂに接合する。ＬＥＤ素子２は、融着接合部５によって実装面が回路パターン４Ｂ表面に対して略同一面化するようにマウントされる。

次に、ＬＥＤ素子２をマウントしたＡｌ₂Ｏ₃基板３に対して板状のＳｉＯ₂−ＮｂＯ₂系の低融点ガラスを平行にセットし、窒素雰囲気中で５００℃の温度でホットプレス加工を行う。この条件での低融点ガラスの粘度は１０⁸〜１０⁹ポアズであり、低融点ガラスはＡｌ₂Ｏ₃基板３とそれらに含まれる酸化物を介して接着される。

次に、低融点ガラスと一体化されたＡｌ₂Ｏ₃基板３をダイサーにセットしてダイシングすることにより、ＬＥＤ１を個別に分離する。

なお、ＬＥＤ素子２は、スクライブ加工に基づいて形成したものを使用することができる。この場合、Ａｌ₂Ｏ₃基板３へ事前にスクライブ加工用のＶ溝を形成するかガラスにけがきラインを入れることが好ましい。

（ＬＥＤ１の動作）
このＬＥＤ１は、回路パターン４Ａを図示しない電源部に接続して電圧を印加すると、ビアパターン４Ｃ，回路パターン４Ｂ，融着接合部５を介してＬＥＤ素子２のｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５に通電されることにより、発光層２２で発光し、発光波長が４５０ｎｍから４８０ｎｍの青色光を生じる。発光に基づく青色光のうち、サファイア基板２０側に放射された光はサファイア基板２０を透過してガラス封止部６に入射し、光学形状面６Ａの外部との界面において光学形状に応じた方向に放射される。また、発光に基づく青色光のうち、ｐコンタクト電極２４側に放射された光はｐコンタクト電極２４によってサファイア基板２０の方向に反射されることにより、サファイア基板２０を透過してガラス封止部６に入射し、光学形状面６Ａを介して外部放射される。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。

（１）厚膜状のＮｉ層５０とその表面に薄膜状に形成されたＡｕ層５１からなる融着接合部５をＬＥＤ素子２の製造過程で一体的に設けるようにしたので、従来のバンプ形成工程を省略でき、工数低減による量産性の向上、低コスト化を実現することができる。また、スタッドバンプによるフリップ実装において問題となるＬＥＤ素子２の傾きが、３点バンプ形成を行わなくても生じないことから量産性に優れる。

（２）必要充分なサイズとされたｎコンタクト電極２５以外の大半のスペースが、発光層に対応したｐコンタクト電極２４とされているので、ＬＥＤ素子２のサイズに対する発光面の比率を大きく取ることができる。そして、発光層であり、発熱の大きいＧａＮ系半導体層は、サファイア基板２０に対し、実装面側に位置する。これによって、電流密度を低く抑え、発光層の温度上昇を低く抑えるとともに、発光効率、信頼性を高めることができる。

（３）ｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５の形状と略同等の形状を有し、その表面を覆うようにＮｉ層５０およびＡｕ層５１を設けているので、回路パターン４Ｂに対する接合面積を大にでき、ＬＥＤ素子２の接着強度を大にして剥離を防止することができる。また、接合面積が大になることでＬＥＤ素子２からの放熱性が向上し、高出力化に余裕を持って対応することができる。

（４）ＬＥＤ素子２は、実装面と回路パターン４Ｂとが略同一面化するようにマウントされるので、低融点ガラスのホットプレス加工によって実装面と回路パターン４Ｂとの間にガラスが入り込みにくい構造とすることができ、実装面にガラスが入り込むことによる電気接続性の低下や剥離を防いで信頼性の高いＬＥＤ１を得ることができる。また、部分的な電極剥離による発光パターン異常も防ぐことができる。

（５）Ａｌ₂Ｏ₃基板３とガラス封止部６とが酸化物を介した化学結合に基づいて接着することにより強固な封着強度が得られる。そのため、接合面積が小さい小形パッケージであってもガラス封止を具現化できる。

（６）ＬＥＤ素子２と、Ａｌ₂Ｏ₃基板３と、ガラス封止部６とが同等の熱膨張率を有するので、ガラス封止加工時に熱膨張率差に起因する熱応力の発生を小にでき、パッケージクラックが生じにくく、生産性に優れる。

なお、第１の実施の形態では、ＧａＮ系半導体材料からなるＬＥＤ素子２を用いたＬＥＤ１を説明したが、ＬＥＤ素子２はＧａＮ系ＬＥＤ素子に限定されず、フリップ実装可能なＧａＡｓ系、ＧａＰ系等の他のＬＥＤ素子を用いることも可能である。特に、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ等のＬＥＤ素子２の光出力の温度依存性が高い材料では、放熱性が高まることによる効果が大きい。

また、ＬＥＤ素子２から放射される青色光によって励起される蛍光体を用いて、白色等の波長変換光を放射するＬＥＤ１としても良い。このような蛍光体として、例えば、セリウムで付活されたＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet)を用いることができる。ＹＡＧは青色光によって励起されて黄色光を生じ、青色光と黄色光との補色によって白色光が得られる。蛍光体は、ＬＥＤ素子２の表面にコーティングすることにより均一に設けることができる。

また、第１の実施の形態の構成を有する複数のＬＥＤ素子２を基板実装してガラス封止するようにしても良い。

また、発光層が２分割され、１つのｎコンタクト電極と２つのｐコンタクト電極とを有するＬＥＤ素子２としても良い。この場合も、ひとつの発光層に対し、それぞれ１つずつのｎコンタクト電極とｐコンタクト電極とを備えるものとなるが、ｎコンタクト電極は２つの発光層の共通電極となる。なお、仮に発光層が分割されていなくても、ｐコンタクト電極が分割されていれば、実質発光部が分割されるので、発光層が分割されたのと同様である。

また、第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子２に融着接合部３０を設けた構成について説明したが、融着接合部３０の適用対象は発光素子に限定されず、例えば、受光素子であっても良い。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤの部分拡大図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については同一の符号を付している。

このＬＥＤ１は、Ａｌ₂Ｏ₃基板３側にＮｉ層３１とＡｕ層３２からなる融着接合部３０を回路パターンに応じて設け、ＬＥＤ素子２のｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５にＮｉ層を備えない構成において第１の実施の形態と相違している。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、以下の効果が得られる。

（１）第１の実施の形態で説明した融着接合部をＡｌ₂Ｏ₃基板３側に設け、ｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５に設けられたＡｕ層５１と、融着接合部３０のＡｕ層３２との超音波併用熱圧着による接合としても、第１の実施の形態と同様にバンプ形成工程を省略できる。また、回路パターンに対する接合面積を大にでき、ＬＥＤ素子２の接着強度を大にして剥離を防止することができる。また、接合面積が大になることでＬＥＤ素子２からの放熱性が向上し、高出力化に余裕を持って対応することができる。

（２）ＬＥＤ素子２のサイズに依存することなく融着接合部３０を形成できるので、融着接合部３０の形成を容易に行えるとともに、小型のＬＥＤ素子２であっても高い位置決め精度を必要とせずに略同一面化実装を容易に行うことができる。

（３）ＬＥＤ素子２は、実装面と回路パターン４Ｂとが略同一面化するようにマウントされるので、低融点ガラスのホットプレス加工によって実装面と回路パターン４Ｂとの間にガラスが入り込みにくい構造とすることができ、実装面にガラスが入り込むことによる電気接続性の低下や剥離を防いで信頼性の高いＬＥＤ１を得ることができる。また、部分的な電極剥離による発光パターン異常も防ぐことができる。

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図であり、（ａ）は融着接合部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における切断図である。

このＬＥＤ素子２は、図５（ａ）に示すようにｐコンタクト電極２４およびｎコンタクト電極２５に従来のスタッドバンプと同様の円形状の融着接合部５を設け、図５（ｂ）に示すように融着接合部５以外のコンタクト電極表面にもＡｕ層を設けた構成において第１の実施の形態と相違している。同図においては、ＬＥＤ素子２の実装時における安定性を得るためにｐコンタクト電極２４に２点、ｎコンタクト電極２５に１点の融着接合部５を設けた構成としているが、融着接合部５は図示する数、形状、および配置に限定されることなく設けることが可能である。

（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、従来のスタッドバンプと同等の素子実装形態を行うにあたって、ＬＥＤ素子２に融着接合部５を設けることでバンプ形成工程を省略でき、工数低減による量産性の向上、コストダウンを具現化できる。なお、放熱性、接合強度は第１の実施の形態に対しやや劣るが、品質安定面で優れる。すなわち、接合領域が狭いので、接合時の超音波出力や圧着力を従来と同等にできる。また、Ｎｉ層５０を含む接合領域は狭く、かつ周囲に潰れた部分が逃げるこ
とができる。そして、３点の支持であるために、３点とも充分な接合がされやすい。また、電極は２端子であるが、３点支持とすることでＬＥＤ素子２を安定配置することができる。

（第４の実施の形態）
図６（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ１は、図６（ａ）に示すようにｐコンタクト電極２４上に島状に複数の融着接合部５を設けたものである。

融着接合部５は、Ｎｉ層５０の表面にＡｕ層５１を設ける際に、Ｎｉ層５０の周辺部にＡｕが厚く付着することから、Ｎｉ層５０の面積が大になるとＡｕ接合面の接合状態にむらが生じるおそれがある。

（第４の実施の形態の効果）
上記した第４の実施の形態によると、ＬＥＤ素子２の製造過程で同一電極の融着接合部５を島状に分割して設けることで、超音波併用熱圧着による接合時にＡｕ層５１が均一に潰れるようになり、均一な接合状態が得られる。このことにより、大なる接合面積を安定して確保でき、かつ、第１の実施の形態と同様に放熱性を高めることができる。また、Ａｕ層５１が均一に潰れることで、ＬＥＤ素子２が傾くことなく安定した状態で熱圧着される。また、ＬＥＤ素子２と実装面との間にガラスが入り込みにくくなるという効果もある。加圧されているとはいえ、ガラスの粘度は高いので、完全に隙間がないものでも効果がある。

また、融着接合部５を島状に分割する以外に、例えば、図６（ｂ）に示すようにパターン切り込みを入れ、島状の部分が連結された形状としても良く、この場合には同様の効果が得られるとともに、より放熱性を高めることができる。なお、切り込みは端部から入れたものに限らず、内部に形成されたものでも良い。

（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ素子２は、第１の実施の形態で説明した融着接合部５を、ＬＥＤ素子２の中心に設けられるｎコンタクト電極２５上、およびｐコンタクト電極２４の周辺部に沿って環状に設けた構成において第１の実施の形態と相違している。

ｎ側の融着接合部５は、ＬＥＤ素子２の中心部においてＧａＮ系半導体層をドライエッチングすることによりｎ−ＧａＮ層２１を露出し、ｎ−ＧａＮ層２１の露出部にｎコンタクト電極を設け、その表面に厚膜状にＮｉ層５０を設けた後にＡｕ層５１を設けることによって、第１の実施の形態で説明したｎ側の融着接合部５より小さく形成されている。

（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によると、第１の実施の形態の好ましい効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）発光領域の中心に小型化されたｎ側の融着接合部５を設け、周辺部にｐ側の融着接合部５を環状に設けているので、ＬＥＤ素子２の発光層２２に対するｐコンタクト電極２４の面積を拡大でき、ｐ−ＧａＮ層２３への電流拡散性が向上する。すなわち、ＬＥＤ素子２に占める発光領域を大にできることにより、高輝度化を実現できる。

（２）ｐコンタクト電極２４の周辺部にｐ側の融着接合部５を環状に設けているので、ｐ側の融着接合部５より内側に封止材料が入り込むことを防止でき、ＬＥＤ素子２と回路パターンとの間に封止材料が入り込むことによる電極の損傷や、電気接続性の低下を回避できる。また、ＬＥＤ素子２の接着強度を大にできることから、剥離が生じにくく信頼性の高いフリップ実装が可能になる。そして、発光パターン異常を生じにくいものとできる。

なお、第１の実施の形態で説明したように、封止材料にガラスを用いる場合には、高温時に封止部を引き剥がす方向の応力が発生しないことから、封止樹脂による封止に必要な高レベルの接着強度は必要とならない。そのため、ｐ側の融着接合部５を完全な環状とせず、例えば、部分的に設けることで実用的な接着強度が得られる。

（第６の実施の形態）
図８は、本発明の第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ素子２は、ＬＥＤ素子２の中央部にｎ側の融着接合部５を設け、このｎ側の融着接合部５に電気的に接続されるｎコンタクト電極２５を幅１０μｍで放射状に形成するとともに、４点のｐ側融着接合部５をｐコンタクト電極２４上に設けた構成において第５の実施の形態と相違している。

（第６の実施の形態の効果）
上記した第６の実施の形態によると、第１および第５の実施の形態の好ましい効果に加えて、ＬＥＤ素子２の中心から放射状に形成されたｎコンタクト電極２５によって電流拡散性がより向上する。さらに、ｎコンタクト電極２５は、厚膜のＮｉ層５０を設けていないので、２０μｍ以下の細幅とすることもできる。そして、発光エリアとなるｐコンタクト電極２４の面積を著しく低下させることなく、電流拡散性を向上させることができる。なお、ｐ側の融着接合部５は、第５の実施の形態で説明したように、ｐコンタクト電極２４の周辺部に環状に設けても良く、この場合にはＬＥＤ素子２と回路パターンとの間に封止樹脂が入り込むことによる電極の損傷や、電気接続性の低下を回避できる。

（第７の実施の形態）
図９は、本発明の第７の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ素子２は、第１から第６の実施の形態で説明したＬＥＤ素子２に対して小形のＬＥＤ素子２（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）を用いており、第５の実施の形態と同様にＬＥＤ素子２の中心にｎ側の融着接合部５を設け、ｐコンタクト電極２４の４隅にｐ側の融着接合部５を設けた構成において第５の実施の形態と相違している。ｎ側の融着接合部５は、ＬＥＤ素子２全体の面積に対して発光効率を低下させることのないサイズ比で形成されている。

（第７の実施の形態の効果）
上記した第７の実施の形態によると、ＬＥＤ素子２のサイズに応じた大きさのｎ側融着接合部５を素子中止部に設けているので、第６の実施の形態の好ましい効果に加えてＬＥＤ素子２に占める発光領域の比を著しく低下させることなく、小形であっても高輝度のＬＥＤ素子２が得られる。ＧａＮ系ＬＥＤ素子２の発光層２２で生じた青色光の７０％はＧａＮ系半導体層内の横伝搬光となって、そのままでは外部放射させることができない。また、横伝搬の距離の増大や、反射面での反射を繰り返すことによる吸収によって光取り出し効率が低下する。

すなわち、ＬＥＤ素子２を小形化することで、上記した横伝搬距離の短縮、反射回数を低減できる。本実施の形態で説明したように、ＧａＮ系ＬＥＤ素子２を０．２ｍｍ×０．２ｍｍで形成すると、第１の実施の形態で説明した０．３４ｍｍ×０．３４ｍｍで形成したＬＥＤ素子２と比較して光取り出し効率が２０％向上する。また、０．１ｍｍ×０．１ｍｍで形成すると、光取り出し効率は４０％向上する。

なお、第７の実施の形態においても、第５の実施の形態で説明したように、ｐコンタクト電極２４の周辺部に環状に設けても良い。

（第８の実施の形態）
図１０は、本発明の第８の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ素子２は、ＬＥＤ素子２を長方形状（０．１ｍｍ×０．３４ｍｍ）に形成したものであり、ＬＥＤ素子２の中央にｎ側の融着接合部５を設け、このｎ側の融着接合部５に電気的に接続されるｎコンタクト電極２５を長辺方向に形成するとともに、ｐコンタクト電極２４の４隅に４点のｐ側融着接合部５を設けた構成において第６の実施の形態と相違している。

（第８の実施の形態の効果）
上記した第８の実施の形態によると、長方形状のＬＥＤ素子２であってもＬＥＤ素子２に占める発光領域の比を著しく低下させることなく、また、高い電流拡散性を有することにより小形で高輝度のＬＥＤ素子２が得られる。

（第９の実施の形態）
図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第９の実施の形態に係るＬＥＤ素子を示し、（ａ）は融着接合部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における切断図である。

このＬＥＤ素子２は、ラージサイズＬＥＤ素子２（１ｍｍ×１ｍｍ）に対してｐ側およびｎ側の融着接合部５を形成したものであり、図１１（ａ）に示すように、ｐコンタクト電極２４の形成領域に１８点のｐ側融着接合部５が設けられており、ｐコンタクト電極２４の形成領域外に２点のｎ側融着接合部５が設けられている。

図１１（ａ）において、ｐ側およびｎ側の融着接合部５の形成箇所と、ｐコンタクト電極２４の形成箇所を除く部分にはＳｉＯ₂からなる絶縁層２６が形成されており、絶縁層２６の下層のｎ−ＧａＮ層２１には、図１１（ｂ）に示すようにｎ側の融着接合部５と電気的に接続されたｎコンタクト電極２５が設けられている。また、このＬＥＤ素子２は、形成時に下地基板として設けられたサファイア基板をレーザリフトオフすることによってｎ−ＧａＮ層２１を露出させた構成を有している。

（第９の実施の形態の効果）
上記した第９の実施の形態によると、以下の効果が得られる。

（１）ラージサイズＬＥＤ素子２のスタッドバンプによる多点接合にあたって、複数のスタッドバンプを形状精度良く設ける手間を必要とせずに多点接合型素子を容易に形成することができ、工数低減によるコストダウンの実現と実装性の向上を図ることができる。

（２）ラージサイズＬＥＤ素子２の発光に伴う発熱に対し、電流拡散性を損なうことなく放熱性に優れる融着接合部の配置・形状を選択することができるので、均一発光と高放熱性を両立できる。なお、ＬＥＤ素子２を１ｍｍ×１ｍｍサイズとして説明したが、０．６ｍｍ×０．６ｍｍサイズでも放熱性を考慮する必要があり、この構成が効果的である。

（３）サファイア基板のレーザリフトオフにおいて、スタッドバンプによる実装では、ＧａＮ系半導体層の割れを防ぐために回路パターンとＬＥＤ素子２の電極形成面との間にアンダーフィルを充填するなどの対策を施す必要があり、アンダーフィル充填の工数が増加するが、第９の実施の形態では、ＧａＮ系半導体層の略全エリアが融着接合部３０によって支持されるので、アンダーフィルを用いることなくサファイア基板のレーザリフトオフを行うことができる。

（第１０の実施の形態）
図１２は、本発明の第１０の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

このＬＥＤ素子２は、第９の実施の形態で説明したラージサイズＬＥＤ素子２の中央にｎ側の融着接合部５を設け、融着接合部５に電気的に接続されるｎコンタクト電極２５を対角線方向に十字状に設けている。このｎコンタクト電極２５には、電流拡散性を高めるために枝状部２５Ａが設けられている。

また、ｐコンタクト電極２４上には、正方形状のｐ側融着接合部５が１６個分配置されており、ｐ側融着接合部５はｎコンタクト電極２５と交差する部分が除去された構成を有する。

（第１０の実施の形態の効果）
上記した第１０の実施の形態によると、第９の実施の形態の好ましい効果に加えてｎ側の融着接合部５およびｎコンタクト電極の形状、配置に制約を受けることなくｐ側融着接合部５を設けることができ、電流拡散性および放熱性に優れるラージサイズＬＥＤ素子２が得られる。

また、発熱分布が第９の実施の形態では、図面の上下で非対称となり、熱膨張率が大きいシリコン樹脂で封止した際などＬＥＤ素子２への引き剥がす方向の応力は、全体に均一ではなく、部分的に生じるために電気的断線が生じやすくなるが、第１０の実施の形態では、図面の上下左右が対称であり、応力は全体に均一に生じるため、電気的断線は生じにくい。

なお、上記したＬＥＤ素子２については、例えば、Ｓｉからなるサブマウントにフリップ実装したものをリードにマウントし、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂封止材料によって封止してＬＥＤ１とすることも可能である。この場合、樹脂封止材料に蛍光体を混合して波長変換型のＬＥＤ１としても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置としてのＬＥＤを示す縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子を電極形成面から見た平面図である。 図２のＡ−Ａ部におけるＬＥＤ素子の切断図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤの部分拡大図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図であり、（ａ）は融着接合部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における切断図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。 本発明の第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。 本発明の第７の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。 本発明の第８の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。 本発明の第９の実施の形態に係るＬＥＤ素子を示し、（ａ）は融着接合部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部における切断図である。 本発明の第１０の実施の形態に係るＬＥＤ素子の融着接合部を示す平面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ、２…ＬＥＤ素子、３…Ａｌ₂Ｏ₃基板、３Ａ…ビアホール、４Ｃ…ビアパターン、４Ａ，４Ｂ…回路パターン、４Ｃ…ビアパターン、５…融着接合部、６…ガラス封止部、６Ａ…光学形状面、２０…サファイア基板、２１…ｎ−ＧａＮ層、２２…発光層、２３…ｐ−ＧａＮ層、２４…ｐコンタクト電極、２５…ｎコンタクト電極、２５Ａ…枝状部、２６…絶縁層、３０…融着接合部、３１…Ｎｉ層、３２…Ａｕ層、５０…Ｎｉ層、５１…Ａｕ層

Claims (9)

1. フリップ実装面にｐコンタクト電極及びｎコンタクト電極を備えた発光素子が、外部実装パターンを有する実装基板に実装される発光装置の製造方法であって、
   前記発光素子の前記ｐコンタクト電極及び前記ｎコンタクト電極にめっきにより形成され、前記ｐコンタクト電極及び前記ｎコンタクト電極の表面に形成される厚膜層と、前記厚膜層の表面に形成される薄膜層と、を有する膜状の融着接合部を設け、
   前記ｐコンタクト電極の表面に形成される前記融着接合部は、前記ｐコンタクト電極の略全面に島状に分割して形成され、
   前記実装基板上に前記発光素子を位置決めし、前記実装基板の前記外部実装パターンに前記融着接合部を融着により直接接合し、
   前記実装基板の上方から前記発光素子を低融点ガラスによりホットプレス加工で封止する発光装置の製造方法。
2. 前記ｐコンタクト電極及び前記ｎコンタクト電極と、前記外部実装パターンとの接合を、超音波併用熱圧着により行う請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記ｐコンタクト電極の前記融着接合部は、前記島状に分割された部分が連結された形状である請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記厚膜層は、Ｎｉ、Ａｇ又はＣｕからなり、
   前記薄膜層は、Ａｕからなる請求項３に記載の発光装置の製造方法。
5. 前記低融点ガラスは、ＳｉＯ_２−ＮｂＯ_２系である請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
6. 前記実装基板は、実装面から裏面にかけて貫通した複数のビアホールを有し、前記実装面及び前記裏面にメタライズされた前記外部実装パターン及び裏面パターンが導通される請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
7. 前記ｐコンタクト電極は、反射鏡機能を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
8. 前記低融点ガラスと前記実装基板の熱膨張率が同じである請求項１から７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
9. 前記発光素子と前記低融点ガラスの熱膨張率が同じである請求項１から８のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。

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