JP5670051B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を用いた半導体発光装置及びその製造方法に関するものであり、特に、半導体発光素子の上下を基板で挟持する半導体発光装置及び製造方法に関する。

ディスプレイに用いるバックライトや天井、壁面等に配置される照明装置などの用途における薄型化及びコストダウンの要求に応えるため、半導体発光装置は、種々の形状のものが提案されている。例えば、導電性の２枚の基板の間に複数の半導体発光素子を配置するような半導体発光装置が提案されている（特許文献１乃至４）。このような半導体発光装置では、ワイヤボンディング等の方法で各々の半導体発光素子を接続する必要がないため、薄型化を図ることができる。
特に、特許文献１では、衝撃や熱応力を吸収するためにフレキシブル基板を用いることが開示されている。

特開2008-034473号公報 特開2009-010204号公報 実開平06-010982号公報 特開平11-177147号公報

しかし、フレキシブル基板を用いて半導体発光素子を挟むような半導体発光装置では、装置の全体においてフレキシブル基板の曲がり具合を厳密に制御することは難しい。そのため、半導体発光素子と導電性を有する基板の接触不良により発光しない素子が生じたり、絶縁処理されていない半導体発光素子の側面と導電性を有する基板が接触してショートしてしまうことがある。

そこで、本発明は、半導体発光素子の上下を導電性を有する基板で挟持するような半導体発光装置において、接触不良やショートなどによる動作不良を防止するような構造の半導体発光装置を得ることを目的とする。

本発明の半導体発光装置は、表面が導電性を有する第１の基板及び第２の基板からなる一対の基板を有し、該一対の基板は前記表面が対向するように配置され、その間にｎ型半導体及びｐ型半導体が上下方向に挟持されて電気的に接続される半導体発光素子を有し、前記第２の基板は第１の基板よりも可撓性が大きいことを特徴とする。
また、前記半導体発光素子のｐｎ接合界面は、前記第２の基板よりも第１の基板に近いことが好ましい。
また、前記第２の基板の半導体発光素子の接着面側に反射面を有し、該反射面は素子の周囲に傾斜面を有することが好ましい。
また、前記第１の基板は透光性を有することが好ましい。
また、前記第１の基板は、ガラス基板に透明導電膜を設けたものであることが好ましい。
また、前記第２の基板は、金属材料からなることが好ましい。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、第１の基板上に絶縁性接着剤を配置する工程と、前記絶縁性接着剤上に半導体発光素子を配置する工程と、前記第１の基板とは可撓性の異なる第２の基板を前記半導体発光素子上に配置して構造体を準備する工程と、前記構造体に加圧して前記半導体発光素子を絶縁性接着剤を貫通して第１の基板と接触させる工程と、を具備することを特徴とする。
また、前記第２の基板は、前記第１の基板よりも可撓性が大きいことが好ましい。
また、前記半導体発光素子は、前記加圧工程後のｐｎ接合界面が、前記第２の基板よりも第１の基板に近くなるように前記絶縁性接着剤上に配置されることが好ましい。
また、前記第２の基板と絶縁性接着剤が接触するように加圧することが好ましい。
また、前記構造体に加圧することにより第２の基板を部分的に第１の基板側に突出させ反射面を得ることが好ましい。
また、前記絶縁性接着剤は、半導体発光素子と第１の基板が接触した後に硬化されることが好ましい。

本発明では、一対の基板の間にｎ型半導体及びｐ型半導体が上下方向に挟持されて電気的に接続される半導体発光素子を有する半導体発光装置において、一方の基板の可撓性が大きいことにより、接触不良やショートなどによる動作不良を防止することができる。

本発明の半導体発光装置の構造を説明するための概略断面図である。 本発明の半導体発光装置の構造を説明するための概略断面図である。 本発明の半導体発光素子の構造を説明するための部分的拡大図である。 本発明の半導体発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の別の形態の半導体発光装置の構造を説明するための断面図である。 本発明の別の形態の半導体発光装置の構造を説明するための断面図である。

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は一例であって、本発明を限定するものではなく、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等についても本発明を限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、説明を簡略化するために、同一の構成要件には同一の符号を付し、その説明を一部省略する。

図１に本発明の半導体発光装置の一例を示す。図１は、本発明の半導体発光装置の部分的な断面図であり、図２は、本発明の半導体発光装置の全体的な断面図であり、図３は、図２中の丸囲み部分の拡大図を示したものである。
本発明の半導体発光装置１００は、図１に示すように、表面に第１の導電性材料２１が形成された第１の基板１１と、表面に第２の導電性材料２２が形成された第２の基板１２とからなる一対の基板の間に、ｎ型半導体、活性層３３及びｐ型半導体３４が上下方向に挟持されて電気的に接続される半導体発光素子３０が配置されている。本実施形態では、説明の便宜上、「導電性基板３１」及び「ｎ型半導体層３２」の総称を「ｎ型半導体」として説明する。また、活性層３３とｐ型半導体３４の界面をｐｎ接合界面とする。一対の基板は、第１の導電性材料及び第２の導電性材料が対向するように配置されており、第１の基板側にｐ型半導体、第２の基板側にｎ型半導体が接続されている。第１の基板及び第２の基板の間であって、半導体発光素子が配置された箇所以外には、絶縁性接着剤４０が形成されている。

本発明の各構成について説明する。
（半導体発光素子）
本発明で用いられる半導体発光素子３０は、対向して配置される一対の基板に上面及び下面が接するよう挟持されている。その一方にｐ側電極、他方にｎ側電極が設けられ、電圧を印加することにより発光させることができる。半導体層の上下に電極を形成することにより、半導体発光素子自体の小型化が可能になり、基板上に配置できる半導体発光素子の数を増やすことができ、発熱源を分散させることができる。
また、半導体発光素子の発光色は、可視光や紫外光、赤外光などを選択することができる。可視光の場合、発光色は限定されず、緑色半導体発光素子、赤色半導体発光素子、及び青色半導体発光素子のいずれも使用可能である。また、その半導体材料についても特には限定されず、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族等のいずれの化合物を用いてもよい。

半導体発光素子３０は、例えば、図１に示すように、導電性基板３１上にｎ型半導体層３２、活性層３３、ｐ型半導体層３４が設けられている。図示しないが、その上面及び下面に電極を有する上下電極型の半導体発光素子であることが好ましい。第１の導電性材料２１又は第２の導電性材料２２から電流を供給することのできる構造であれば電極は省略可能である。また、導電性基板３１は省略可能であり、導電性又は絶縁性の半導体層成長用の基板を用いてｎ型半導体およびｐ型半導体を形成した後に半導体層成長用の基板を除去し、半導体層のみで構成してもよい。あるいは、半導体層の表面側に別の支持基板等が設けられていてもよい。

半導体発光素子３０の大きさとしては、上面視における縦及び横（図１の紙面に垂直な方向および図１の紙面上で第１の基板１１に平行な方向）が３５０μｍ以下、半導体発光素子の厚さ（図１の紙面上で第１の基板１１に垂直な方向）が１００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、厚さが５０μｍ以下のものである。また、半導体発光素子は、製造時に素子分離用の溝部が設けられ、素子分離時には、切削、切断、レーザ加工等により除去される部分が存在する。半導体発光素子を小型化すればするほど、ウエハの面積に対する溝部や除去される部分の割合が増える。それに伴い、発光しない面積の割合が増え、半導体発光素子の製造コストが増大する。このことを考慮すると、半導体発光素子の大きさは、正方形の場合、縦及び横が３０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。あるいは、平面視したときの活性層の面積が、５００〜８００００μｍ^２の半導体発光素子であることが好ましい。さらに好ましくは、正方形の場合、縦及び横が５０〜１５０μｍ程度、平面視したときの活性層の面積が、９００〜１００００μｍ^２であり、１〜６個／ｃｍ^２で配置するものである。

本発明の半導体発光素子として図１に示すような窒化物半導体発光素子を用いる場合は、ｎ型半導体の膜厚がｐ型半導体の膜厚よりも厚いことが好ましい。ｎ型半導体側を厚く形成し、可撓性の大きい第２の基板側に接着することで、半導体発光素子の側面に、導電性を有する基板や導電性材料が接触してショートしてしまうのを防ぐことができる。

また、第１の基板と接触させる側の半導体発光素子の表面に1つ或いは複数の突起部を設けてもよい。突起部で絶縁性接着剤を貫通させ、後述するように半導体発光素子と第１の基板を接触させることができ好ましい。突起部の大きさは直径５〜５０μｍ程度、高さ０．２〜５μｍ程度であることが好ましい。材質は半導体発光素子のオーミック電極やパッド電極としての機能を果たすことのできる導電性の材料であることがふさわしく、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ等が挙げられる。スパッタもしくはめっき等により形成することができる。

（基板）
第１の基板及び第２の基板は、半導体発光素子を挟持するために用いられ、半導体発光装置の外形を規定するものである。本発明では、第２の基板は第１の基板よりも可撓性が大きいもので構成されている。可撓性は、基板に破断やひびが発生しない範囲でできるだけ湾曲させた状態における最小曲げ半径により定量化することができる。さらに、曲げ半径のうち、基板の厚みを含まない半径を内曲げ半径と称する。本実施形態においては、第１の基板の最小の内曲げ半径が２５ｍｍより大きく、第２の基板の最小の内曲げ半径が２５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、第１の基板の最小の内曲げ半径が５０ｍｍ以上であり、第２の基板の最小の内曲げ半径が１０ｍｍ以下のものである。

また、第１の基板及び第２の基板は、その表面が導電性を有するか、基板の表面に導電性材料が形成されている。導電性の基板を用いる場合には、導電性材料は省略可能である。また、導電性材料は、半導体発光素子に電流を流すことができるように部分的に設けてもよいが、導電性材料と半導体発光素子の接着時の位置調整や、外部との導通部分の確保の観点から全面に設けられることが好ましい。

また、基板は、多層からなる構造としてもよく、基板及び導電性材料以外にも、種々の機能を付与するような膜を設けることができる。例えば、導電性の材料を用いて配線パターンを設けたり、基板と導電性材料の間に設けられる密着層やバリア層として、金属、酸化物又は樹脂を適宜設けることができる。例えば、Ｎｉ、ＳｉＯ_２、エポキシ等が挙げられる。また、基板の外側を保護するための保護層としてエポキシ、ポリイミド等を設けることができる。

第１の基板は、製造する際に加圧して組み立てるので、その加圧に耐えうる強度を有し変形しないような材料であることが好ましい。具体的には、リジッドタイプのプリント基板として利用されるガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、アルミナ基板、ガラス基板等を用いることができる。基板の厚みとしては、０．０３〜３ｍｍ程度が挙げられる。

また、第１の基板は、透光性であることが好ましい。これによって、第１の基板を通過した光を取り出すことのできる発光装置を得ることができる。なお、本明細書において透光性とは、半導体発光装置への適用状態の厚みにおいて半導体発光素子や蛍光体からの光の透過率が５０％以上の材料を指すものとする。
さらに、透光性の第１の基板に、蛍光体を混合させた膜を形成し、半導体発光素子から放出された光を波長変換させるような構造としてもよい。例えば、第１の基板としてガラス基板を用い、青色を発光する窒化物系半導体発光素子を用いる場合は、ＹＡＧを混合させたシリコーンをガラス基板上に塗布することで白色光を得ることができる。この場合、半導体発光素子から離れた側の面（外面）にＹＡＧを混合させたシリコーンを設けることが好ましいが、半導体発光素子と基板や導電性材料の導通を妨げないように部分的に半導体発光素子と接触する側の面（内面）に設けることもできる。あるいは、ガラス自体に蛍光体を含有させたり、導電性材料に蛍光体を含有させることも可能である。

第１の基板の導電性材料としては、公知の材料を適宜用いることができる。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズなどの導電性酸化物膜や、金属材料を用いることができる。第１の基板が透光性である場合には、ＩＴＯなどの透光性を有する導電性酸化物膜を用いるか、金属材料をメッシュ状もしくは格子状の金属膜を用いて光を透過させる構造とするか、Ａｇ、Ａｕ，Ｃｕ、Ｎｉなどの金属を光透過性を保持する程度の薄膜で形成することが好ましい。膜厚としては、０．００５〜１μｍ程度が挙げられる。
また、第１の基板がガラス材料からなる場合には、導電性材料は、透明導電膜であることが好ましい。具体的には、ＩＴＯが挙げられる。

第２の基板は、第１の基板よりも可撓性が大きい。第２の基板に金属材料が用いられる場合には、延性及び／又は展性が大きいものとすることができる。半導体発光素子は、製造段階でそれぞれの素子の厚みにばらつきが生じてしまう。半導体発光素子の上下を可撓性の小さい基板で挟持するような半導体発光装置では、厚みの薄い半導体発光素子は基板との接触不良により電流が流れずに発光しないことがある。可撓性の大きい第２の基板を用いることで、半導体発光素子の厚みに沿うように第２の基板を配置することができるため、厚みの薄い半導体発光素子と基板を確実に接触させることができる。

また、半導体発光素子のｐｎ接合界面が、第２の基板よりも第１の基板に近くなるように半導体発光素子を配置することが好ましい。つまり、ｐｎ接合界面から半導体発光素子の上面もしくは下面までの厚みのうち、薄い側が第１の基板側に接着されることが好ましい。可撓性の大きい基板は、半導体発光素子の側面と接触してショートしてしまうことがあるため、可撓性基板の半導体発光素子が接着される面（基板の内面）のうち、半導体発光素子の上面又は下面と接触する部分以外の領域や、半導体発光素子の側面に絶縁膜を形成する必要があった。あるいは、同一面側にｐ側電極及びｎ側電極を形成した半導体発光素子を用いて可撓性の小さい基板に接着する必要があった。また、第１の基板と第２の基板の両方が可撓性の大きい基板同士で構成されると、半導体発光素子の側面と接触してしまったり、基板同士が接触してしまうことがあった。しかし、ｐｎ接合界面が第１の基板側に近くなるように半導体発光素子を配置することで、可撓性の大きい第２の基板を用いても第２の基板がｐｎ接合界面や第１の基板側の半導体層の側面に接触するのを防止でき、上下電極型の半導体発光素子を用いることが可能になる。これにより、複数の半導体発光素子を用いる場合に小型の半導体発光素子を用いることができるため、基板上に熱源を分散して配置することが可能になり、放熱性の良好な半導体発光装置を得ることができるため効果的である。
第２の基板の具体的な材料としては、ポリイミド等の非導電性（絶縁性）の透明樹脂や圧延された金属等を用いることができる。また、公知のフレキシブルプリント基板を用いることも可能である。その基板の厚みとしては、１０μｍ〜１００μｍ程度が挙げられる。

また、図３に示すように、第２の基板は多層構造で構成されていてもよい。例えば、図３では、半導体発光素子側から順に、導電性材料２２（例えば、Ａｇ、膜厚１〜５μｍ程度）／密着層１２ａ（例えば、Ｎｉ、膜厚１〜１０μｍ程度）／基板の母材１２ｂ（例えば、Ｃｕ、膜厚５〜２００μｍ程度）／接着層１２ｃ（例えば、エポキシ、膜厚１〜１０μｍ程度）／保護層１２ｄ（例えば、ポリイミド、膜厚３〜２００μｍ程度）が順次積層された構造となっている。このような構造の第２の基板を用いると、導電性材料が高反射率なので光取出し効率を向上させた半導体発光装置を得ることができる。また、導電性材料がＡｌの場合は、光反射率及び電気伝導性に優れるため、密着層１２ａや基板の母材を省略することができる。具体的には、導電性材料２２としてＡｌを５〜１００μｍ程度で設け、その上に接着層及び保護層を形成することもできる。このような半導体発光装置は、低コストで製造することができ好ましい。また、保護層をＰＥＴフィルムで形成した場合にも同様の効果が期待できる。
なお、絶縁性接着材と導電性材料の密着性を高めるために、導電性材料の表面を機械的または化学的に粗面化しても良い。粗面化は、研磨布紙や酸処理により行うことができる。

また、第２の基板は、半導体発光素子の光を反射する材料であることが好ましい。これによって、第２の基板で光を反射させて光取り出し効率を向上させることができる。好ましくは、金属材料からなるものが挙げられる。この場合、第２の基板が透光性を有する必要はないので、材料を任意に選択することが可能であり、放熱性の観点から基板の母材としてＣｕを用いることが好ましい。また、この場合、第２の基板側を冶具やユニット等に装着し各種照明装置等に用いることが可能である。

第２の基板の導電性材料としては、公知の材料を適宜用いることができる。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズなどの導電性酸化物膜や、金属材料を用いることができる。第２の基板側で光を反射させる場合には、Ａｇ，Ａｌ，あるいはそれらを含んだ合金等反射率の高い材料を用いることが好ましく、特に、Ａｇを用いることが好ましい。膜厚としては、１〜１００μｍ程度が挙げられる。

また、図６に示すように、第１の基板と第２の基板は略平行に配置されていてもよい。更に、図１等に示すように、第２の基板の半導体発光素子の接着面側、つまり基板の内面に反射面５０を有することが好ましい。図１中の矢印で示すように、素子で発生した光のうち第２の基板側へ進んだ光を第２の基板の表面で反射させることができ、第１の基板側から好適に取り出すことができる。反射面は、半導体発光素子の周囲に設けられた傾斜面とも言い換えることができる。装置内において最も光密度の高い半導体発光素子の近傍で光を反射させることができるので、発光装置としての光取り出し効率を向上させるのに効果的である。
この傾斜面は、傾斜面の端部から半導体発光素子の上部までの幅Ｗが、半導体発光素子の厚みの０．５〜５倍程度で設けられることが好ましい。具体的には、２５〜２５０μｍ程度の幅で設けられることが好ましい。また、半導体発光素子の側面と傾斜面のなす角を「傾斜面の傾斜角度」とすると、傾斜角度は、２０〜７０°程度であることが好ましい。これによって効果的に光を反射させることができる。また、傾斜面の高さＨとしては、半導体発光素子の高さの２０〜８０％程度で設けられることが好ましい。具体的には、１０〜４０μｍ程度の高さで設けられることが好ましい。また、傾斜面底部と第１の基板表面の距離Ｄは、５μｍ以上となるように形成することが好ましい。第１の基板と第２の基板の接触を防止するためである。この程度以上であれば、時間の経過、高温での動作及び長時間の駆動においても非接触状態を維持することができ好ましい。また、傾斜面は、絶縁性接着剤の厚みを半導体発光素子の厚みよりも薄く形成することで設けることができる。

また、第１の基板で光を反射させ透光性の第２の基板から光を取り出す構造としてもよいし、両方の基板を透光性とし両面発光型の半導体発光装置としてもよい。

（絶縁性接着剤）
本発明の半導体発光装置では、第１の基板と第２の基板の間には、半導体発光素子が配置された部分を除いて絶縁性接着剤が形成されていることが好ましい。半導体発光素子の保護及び基板同士の接触防止のために設けられる。また、光取り出し効率の観点からは、透明性の高い材料で形成されることが好ましい。
具体的な材料としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、各種ホットメルトのような透光性を有する熱可塑性または熱硬化性の樹脂が用いられる。
最終的に第１の基板と第２の基板の間に設けられる絶縁性接着剤の厚みとしては、基板同士の接触防止の観点から５μｍ以上で設けられることが好ましく、基板と半導体発光素子を確実に接触させる観点から、半導体発光素子の厚み以下で形成されていることが好ましい。

図２のように、複数の半導体発光素子が配置されている場合には、複数の種類の絶縁性接着剤を配置してもよい。半導体発光素子の側面を被覆する第１の絶縁性接着剤としては、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。それ以外の箇所に形成される第２の絶縁性接着剤としては、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
この場合、第１の絶縁性接着剤は、寿命特性を向上させるために耐光性の高い材料を用いることが好ましく、半導体発光素子の側面から１０μｍ以上の厚みで設けられることが好ましい。第２の絶縁性接着剤は、基板の接着性及び半導体発光装置の配光性を安定させるため、第１の絶縁性接着剤と接触して設けられることが好ましい。
また、第２の絶縁性接着剤の線膨張係数は、第１の絶縁性接着剤の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。第２の絶縁性接着剤に線膨張係数の小さいものを用いることで、基板同士の接着を安定させることができ、高温動作時にも特性変化の少ない半導体発光装置とすることができる。また、第２の絶縁性接着剤の屈折率は、第１の絶縁性接着剤の屈折率よりも大きいことが好ましい。第１の絶縁性接着剤との界面における光拡散効果により、光取り出し効率を向上させることができる。

図３に示すように、絶縁性接着剤中に弾性材料４１を含んでいてもよい。弾性材料は、第１の基板と第２の基板が接触するのを防ぐために設けられるものである。そのため、弾性材料は絶縁性であることが求められ、基板に挟まれたときにその応力により割れ、欠けなどの発生しない弾性及び／又は強度を持つことが好ましい。弾性材料としては、プラスチック又はゴムからなる球体のビーズを用いることができる。具体的には、積水化学工業株式会社製のミクロパールＥＸ、ナトコ株式会社製のナトコスペーサ、信越化学工業株式会社製のシリコーンゴムパウダー等を用いることができる。
弾性材料の大きさは、半導体発光素子の厚みよりも小さいことが好ましい。基板同士を貼り合わせるときに確実に半導体発光素子と基板を接触させるためである。また、少なくとも１μｍ以上の大きさであることが好ましい。また、弾性材料は、透光性の材料で形成されることが好ましい。

また、図２に示すように、一対の基板の間には、複数の半導体発光素子３０を有し、第１の基板１１及び第２の基板１２の一部は露出されている。露出された領域は、後述する外部との接続部１３ａ及び１３ｂとなる。
本発明の半導体発光装置は、図２に示すように、半導体発光素子を複数配置した半導体発光装置とすることで、任意の大きさの面発光装置を得ることができる。
基板の形状は、矩形、円形、楕円形等から任意に選択することができる。また、基板の大きさは、求める半導体発光装置の大きさに合わせて所望の大きさとすることができる。例えば、矩形の場合は一辺の大きさが５〜３０ｃｍ程度が挙げられる。

また、基板の表面には、図２に示すように、基板の一部であり好ましくは基板の端部に外部との接続部１３が設けられることが好ましい。接続部とは、導電性を有する基板の表面もしくは導電性材料が絶縁性接着剤に被覆されない状態で、外部と接続可能なように露出されている基板の表面であり、例えば、半導体発光素子又は絶縁性接着剤が配置される発光領域と隣接して基板を露出させて接続部を設けるものが挙げられる。また、第１の導電性材料と第２の導電性材料が部分的に露出されるように配置することで接続部を設けることができる。このように接続部を設けた場合には、基板の外面には絶縁フィルム等により保護層を設けることで半導体発光装置の強度を高めることができる。また、基板全体が導電性の材料で形成される場合には、半導体発光素子が接着される面（基板の内面）に接続部を設ける必要はなく、半導体発光素子から離れた側の面（外面）に接続部を設けてもよい。

また、半導体発光装置内に配置される半導体発光素子３０の個数及び分布密度は、発光による発熱及び放熱特性を考慮して決定され、例えば、半導体発光素子の縦、横のサイズが１００μｍ程度の場合、半導体発光素子の個数は、第１の基板１１が１０ｃｍ四方（面積１００ｃｍ^２）あたり、１００個以下が好ましい。また、半導体発光素子の縦、横のサイズが１０μｍ程度の場合、半導体発光素子の個数は、第１の基板１１が１０ｃｍ四方あたり、１００００個以下が好ましい。特に、本発明の半導体発光装置を照明として用いる場合には、グレアを考慮して分布密度を調整することが好ましい。ＪＩＳＺ９１２５を参照して適宜調整してもよい。

図５に示すように、少なくとも一方の基板又は導電性材料の表面に補助電極６０を設けてもよい。補助電極は、半導体発光素子とは直接接触せず、基板表面に設けられ、導電性の材料で形成されるものであり、基板の表面もしくは導電性材料と絶縁性接着剤の間に設けられることが好ましい。本発明の半導体発光装置では、接続部１３において外部の電源と接続されるが、接続部１３から遠い領域には電流が流れにくく、発光むらが生じてしまうことがある。補助電極を設けることで、面内において均一な強度の発光を得ることができる。また、透光性の基板を用いる場合、基板の表面に形成される導電性材料は、透光性の確保のため薄膜で形成されることが多い。薄膜で形成されると、透光性が確保できる一方で、半導体発光素子への電流供給が不十分となる傾向があり、このような場合に、補助電極を設けると効果的である。
補助電極としては、幅１０〜５００μｍ程度、長さは接続部側の端部から対向する辺までの長さと同程度のものが好ましい。少なくとも半導体発光素子の厚みよりは薄くすることが好ましく、具体的には、０．１〜３０μｍ程度であることが好ましい。また、補助電極の配置としては、１〜１０ｍｍ程度の間隔を空けて配置されることが好ましい。補助電極の配置される位置としては、半導体発光素子から０．５〜５mｍの位置となるように配置すると効果的である。また補助電極の形状は特に限定されない。基板上に部分的に設けられた複数の導電性材料を接続するように設けてもよい。
また、導電性材料と同じ材料でも異なる材料で設けられてもよい。具体的な材料としては、Ａｇ、Ａｕ，Ｃｕ等が挙げられる。
補助電極の形成方法としては、スパッタ、めっき、印刷、ディスペンス等公知の方法を適宜用いることが可能である。

以下に、本発明の半導体発光装置の製造方法を説明するための断面図である図４（ａ）〜（ｆ）を参照しながら本発明の半導体発光装置の製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、第１の基板上に、絶縁性接着剤を形成する。詳細は後述するが、後の工程で半導体発光素子を貫通させることができるように、厚さ、硬さ等を調整することが好ましい。具体的には、５〜８０μｍの厚さが挙げられる。また、半導体発光素子の厚みの２０〜８０％程度で形成することが好ましい。また、未硬化の絶縁性接着剤の常温から硬化温度の範囲における最小溶融粘度が、１×１０^５Ｐａ・ｓ以下、さらに望ましくは１×１０^３Ｐａ・ｓのものを用いることが好ましい。

その形成方法としては、液体状のものを基板に塗布するか、半硬化させたシート状のものを基板に配置する方法が挙げられる。液体状のものを基板に塗布する場合は、粘度を高くして流れないようにすることが好ましく、例えば、加熱もしくは、紫外光などの照射により半硬化させることが好ましい。樹脂系接着剤を用いる場合は、例えば、Ｂステージ状態とすることが好ましい。この際の加熱条件としては、５０〜１００℃程度、１０〜６０分程度が挙げられる。これによって、接着剤が流れたりせず取り扱いがしやすく好ましい。

続いて、図４（ｂ）に示すように、半導体発光素子３０を絶縁性接着剤上に配置する。このとき、その配置方法としては、ウエハ状態で形成された半導体発光素子を接着シートに貼り付け、絶縁性接着剤上に転写する方法が挙げられる。このとき、半導体発光素子が接着シートから絶縁性接着剤上に転写されるように、絶縁性接着剤の粘着力が接着シートの粘着力よりも大きいものを用いるか、接着シートの粘着力を加熱または紫外線照射等で弱めることが好ましい。

また、絶縁性接着剤及び／又は半導体発光素子は、基板上において不規則に配置されてもよいし、規則的に配置されていてもよい。複数の半導体発光素子を近接して配置してもよいが、熱源を分散させるという点からは、半導体発光素子は、各々が離間して配置されることが好ましい。
また、それぞれの半導体発光素子の電極の向きは、一方の電極が全てｐ側電極またはｎ側電極となるように揃えてもよい。または、第１の基板に接触する側がｐ側電極である半導体発光素子とｎ側電極である半導体発光素子を混在して（電極の向きが不揃いで）配置してもよい。

また、半導体発光素子を絶縁性接着剤上に配置した状態で、弾性材料をスプレー等を用いて配置することが好ましい。このとき、エアブローなど公知の方法を用いて半導体発光素子上に配置された弾性材料を除去することが好ましい。これにより、半導体発光素子と第２の基板の間に弾性材料が入り込んで接触不良が起こるのを防止できる。また、絶縁性接着剤中に公知の材料で形成される光拡散剤等を含ませる場合も同様の方法を用いることができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、第２の基板を第２の導電性材料が形成された面と半導体発光素子が接触するように配置する。図４（ｃ）に示すように、一対の基板を端部がそれぞれ露出するよう全部が重ならないように配置し、接続部を設けることが好ましい。また、このとき、もしくは後の工程中に、基板の隙間を充填するために、絶縁性接着剤を注入してもよい。

次に、図４（ｄ）に示すように、加圧して、半導体発光素子を絶縁性接着剤に埋め込むようにする。このとき、第２の基板を加圧することで、半導体発光素子に押された絶縁性接着剤が半導体発光素子の側面へと回り込み、半導体発光素子は、絶縁性接着剤中に埋め込まれる。具体的な加圧方法としては、ローラーやプレス等公知の方法を用いることができる。また、このとき予備加熱により、絶縁性接着剤を軟化させることが好ましい。予備加熱条件としては、４０〜１００℃程度、１〜1０分程度で行うことが好ましい。
さらに、加圧を進めると、第２の基板は、第１の基板よりも可撓性が大きいため、図４（ｅ）に示すように、半導体発光素子の形状に合わせて変形されて部分的に第１の基板側に突出する。さらに、加圧を進め、図４（ｆ）に示すように、絶縁性接着剤を貫通させて、半導体発光素子と第１の基板を接触させる。これによって、半導体発光素子と第１の基板を電気的に導通させることが可能になる。また、このとき、半導体発光素子の周囲を取り囲むように絶縁性接着剤が設けられ、第２の基板と絶縁性接着剤とを接着することができる。本発明の方法を用いることで、このように簡単な方法で、第１の基板、半導体発光素子及び第２の基板を接着させることが可能になる。また、基板や半導体発光素子の間に空隙が形成されず、光取出しを向上させることができる。さらに、素子の周囲に傾斜面を設けることができ、光取り出し効率を向上させることができる。最後に、第２の基板と絶縁性接着剤を接着させ第１の基板及び第２の基板で半導体発光素子の上面及び下面を挟持した状態で絶縁性接着剤を硬化させ、半導体発光装置を得る。このときの硬化条件としては、加熱もしくは、紫外光などの照射により硬化させることが好ましい。加熱条件としては、１３０〜１８０℃程度、１０分〜２時間程度が挙げられる。また、加熱時に０．１〜５ＭＰａ程度の圧力を与えるとより密着性が向上する。さらに、基板と接着剤の気泡を抜くため、真空下で行うことも有効である。
また、基板を貼り合わせた後に、さらに圧着ローラー等を用いて両者を強固に接着してもよい。

また、半導体発光素子の駆動方法は、その電極の向きが揃っている場合は、好ましくは、直流駆動またはパルス駆動であり、一方、その電極の向きが揃っていない場合は、好ましくは、交流駆動である。
投入する電流は、好ましくは、１個の半導体発光素子あたり、１０ｍＡ以下とし、発熱量が基板の１０ｃｍ四方あたり、１Ｗ以上１０Ｗ以下に設定することが好ましい。
また、このようにして得られた半導体発光装置を任意に分割して用いてもよい。
また、可撓性の小さい基板を第１の基板として用いたが、本発明の半導体発光装置の製造方法においては、可撓性の大きい基板上に絶縁性接着剤及び半導体発光素子を配置し、半導体発光素子上に可撓性の小さい基板を配置して作製してもよい。

以下に本発明の半導体発光装置の実施例を示す。
＜実施例１＞
図１及び２に示されるような本実施例の半導体発光装置１００は、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、ＩＴＯによる透明導電膜２１が形成された第１の基板１１、ポリイミド／エポキシ／Ｃｕ／Ｎｉ（１２．５μｍ／１０μｍ／１８μｍ／５μｍ）からなる基板１２上にＡｇの導電性材料２２が形成された第２の基板の間に複数の半導体発光素子３０が配置されている。この半導体発光素子は、図１に示すように、導電性基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が形成されている。半導体発光素子の間には、絶縁性接着剤としてエポキシ樹脂が充填されている。また、第１の基板及び第２の基板は、図２に示すように端部を露出するように対向して配置されており、露出した端部の接続部１３で外部と接続されている。

本実施例の半導体発光装置は、第１の基板１１を通過した光が図１乃至３の下方向に出射される。発光した光のうち、半導体発光素子３０より下方に向かった光は、下方の第１の基板１１を透過し、半導体発光装置１００の外に取り出される。また、半導体発光素子３０より上方に向かった光は、第２の基板の半導体発光素子の周囲に設けられた傾斜面５０で反射され、第１の基板側へ進み、下方の第１の基板１１を透過し、半導体発光装置１００の外に取り出される。

このような半導体発光装置は、以下の方法により製造することができる。
まず、５ｃｍ四方のガラス基板の一方の面に、ＩＴＯを１０ｎｍ形成した第１の基板を準備する。図４（ａ）に示すように、一方の導電性基板（第１の基板）のＩＴＯが形成された面に、基板の一辺の端部を５ｍｍ露出させるように絶縁性接着剤を２５μｍの膜厚で形成する。

続いて、図４（ｂ）に示すように、１００μｍ角で厚さ５０μｍの半導体発光素子を１ｃｍピッチで４個×４列で１６個絶縁性接着剤上に配置する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、導電性材料が形成された面同士が対向するように他方の基板（第２の基板）を配置する。このとき、第１の基板の端部が一部露出するように第２の基板を配置する。

続いて、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように、一対の基板で半導体発光素子及び絶縁性接着剤を挟んだ状態で真空引きして加圧する。またこのとき、加熱して、１５０℃程度で保持する。半導体発光素子の下方（第１の基板側）の絶縁性接着剤は、押圧により、半導体発光素子の側方へと移動し、第２の基板は、第１の基板上に配置された半導体発光素子及び絶縁性接着剤の表面形状に沿って変形され、部分的に第１の基板側に突出する。さらに加圧を進めると、図４（ｆ）に示すように、絶縁性接着剤は、半導体発光素子の側面を被覆し傾斜面を形成し、第２の基板は、絶縁性接着剤と密着する。
以上のようにして半導体発光装置を得ることができる。

本実施例の半導体発光装置では、第１の基板、半導体発光素子及び第２の基板が確実に接着された半導体発光装置を得ることができる。

＜実施例２＞
本実施例の実施例１と異なる点は、第２の基板１２及び第２の導電性材料２２を変更した点であり、具体的には、ポリイミド／エポキシ（１２．５μｍ／１０μｍ）からなる第２の基板上にＡｌを２０μｍで設ける。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の半導体発光装置は、実施例１の半導体発光装置と同等の特性が得られ、第２の基板の構造の簡素化によりコストダウンを図ることができる。

＜実施例３＞
本実施例の実施例１と異なる点は、図３に示すように、絶縁性接着剤中に弾性材料が含まれる点であり、具体的には、絶縁性接着剤に積水化学工業株式会社製のミクロパールＥＸが含まれている。半導体発光素子を絶縁性接着剤上に配置した後、第２の基板を配置する前にスプレー散布により、絶縁性接着剤に対して０．３ｗｔ％程度の弾性材料を配置する。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の半導体発光装置は、実施例１の半導体発光装置と比較して、基板同士の接触による不良を低減することができる。

＜実施例４＞
本実施例の実施例１と異なる点は、図５に示すように、第１の導電性材料上に補助電極が設けられている点であり、具体的には、第１の基板に厚み２０μｍのＡｇペーストからなる長さ５ｃｍ、幅５００μｍのパターンを半導体発光素子の実装予定位置の間に等間隔で形成し、続いて第２の絶縁性接着剤を配置する。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の半導体発光装置は、実施例１の半導体発光装置と比較して、半導体発光装置の面内において均等に電流を供給することが可能となり、半導体発光装置からの光取り出しを均一にすることができる。

＜実施例５＞
本実施例の実施例１と異なる点は、半導体発光素子３０を１２０μｍ角のものを用いる点であり、それ以外は、実施例１と同様にして作製する。
本実施例の半導体発光装置は、製造コストを考慮して半導体発光素子の大きさ及び基板上における配置を最適化したため、実施例１の半導体発光装置と比較して安価に製造することができる。

＜実施例６＞
本実施例の実施例１と異なる点は、図６に示すように、第１の基板及び第２の基板が略平行に配置されるように形成する点であり、絶縁性接着剤の膜厚が半導体発光素子の厚みと同程度となるように形成する。それ以外は、実施例１と同様にして作製する。本実施例においては実施例１と同様の効果が得られる。

本発明の半導体発光装置は、照明器具、車両搭載用照明、ディスプレイ、インジケータ等、広範囲に利用することができる。

１００ 半導体発光装置
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３ 接続部
２１ 第１の導電性材料
２２ 第２の導電性材料
３０ 半導体発光素子
３１ 導電性基板
３２ ｎ型半導体層
３３ 活性層
３４ ｐ型半導体層
４０ 絶縁性接着剤
４１ 弾性材料
５０ 反射面（傾斜面）
６０ 補助電極

Claims (10)

1. 表面が導電性を有する第１の基板及び第２の基板からなる一対の基板を有し、該一対の基板は前記表面が対向するように配置され、その間にｎ型半導体及びｐ型半導体が上下方向に挟持されて電気的に接続される半導体発光素子を有する半導体発光装置であって、
   前記第２の基板は前記第１の基板よりも可撓性が大きく、前記第２の基板の前記表面は前記半導体発光素子の周囲に反射面である傾斜面を有し、
   前記半導体発光素子は前記第２の基板側に導電性基板を有し、
   前記半導体発光素子のｐｎ接合界面は、前記第２の基板よりも前記第１の基板に近く、
   前記第１の基板と前記第２の基板の間は絶縁性接着剤により充填されており、少なくとも前記傾斜面及び前記半導体発光素子の側面の間の前記絶縁性接着剤は、絶縁性の弾性材料を含む半導体発光装置。
2. 前記傾斜面と前記半導体発光素子の側面のなす傾斜角度は、約２０〜７０°である請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記傾斜面の端部から前記半導体発光素子の上部までの幅は、約２５〜２５０μｍである請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記第１の基板は透光性を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の基板は、ガラス基板に透明導電膜を設けたものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記第２の基板は、金属材料からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 第１の基板上に絶縁性接着剤を配置する工程と、
   導電性基板を有する半導体発光素子を前記絶縁性接着剤上に配置する工程と、
   前記第１の基板よりも可撓性が大きく、前記第１の基板と対向する表面に導電性を有する第２の基板を、前記半導体発光素子の前記導電性基板上に配置して構造体を準備する工程と、
   前記構造体に加圧して、前記半導体発光素子を前記絶縁性接着剤を貫通して第１の基板と接触させる加圧工程と、を具備する半導体発光装置の製造方法であって、
   前記絶縁性接着剤上に半導体発光素子を配置する工程において、前記半導体発光素子は、ｐｎ接合界面が前記第２の基板よりも第１の基板に近くなるように配置し、
   前記絶縁性接着剤上に半導体発光素子を配置する工程の後であって、前記第２の基板を前記半導体発光素子上に配置して構造体を準備する工程の前に、少なくとも前記半導体発光素子の周囲の前記絶縁性接着剤上に絶縁性の弾性材料を配置する工程を有し、
   前記加圧工程において、前記第２の基板の前記表面を部分的に前記第１の基板側に突出させることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
8. 前記第２の基板と絶縁性接着剤が接触するように加圧する請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
9. 前記絶縁性接着剤は、半導体発光素子と第１の基板が接触した後に硬化される請求項７又は８に記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 少なくとも前記絶縁性接着剤上に弾性材料を配置する工程において、前記半導体素子上に配置された前記弾性材料は除去する請求項７乃至９に記載の半導体発光装置の製造方法。

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