JP5945392B2 - 発光デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、発光デバイスに関する。
近年、ＬＥＤ等の発光素子の需要が増加している。例えば、照明装置および液晶表示装置のバックライト等において、ＬＥＤが用いられている。ここで、ＬＥＤが載置される基板に、発光素子の点灯を制御する制御回路を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１から３参照）。
特許文献１ 特開平７−１７８９６１号公報
特許文献１ 特開２００９−２３１１３４号公報
特許文献２ 特開２００９−２３１６３４号公報
しかし、基板表面に制御回路を設けると、ＬＥＤを載置できる基板上の面積が狭くなり、基板上に載置できるＬＥＤの個数またはＬＥＤの発光面の面積が減少してしまう。また、多層基板の内部に制御回路を設けると、発光素子および制御回路の間に多層基板の層が介在するので、デバイスを薄くすることが困難である。また、発光素子および制御回路の間の信号伝送距離が長くなってしまうので、高速に発光素子を制御することが難しい。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体発光素子と、半導体発光素子を載置するキャビティを含む半導体基板と、半導体基板内に形成され、半導体発光素子を制御する駆動集積回路と、前記駆動集積回路の表面に形成され、前記半導体発光素子に電気的に接続される素子接続端子と、前記キャビティの底面および側面を覆い、前記素子接続端子に接続されるように形成される配線と、前記半導体発光素子が載置される領域とは異なる領域において、前記半導体基板の前記半導体発光素子が載置される表面から裏面まで貫通して形成されたビア配線と、前記半導体基板の前記表面に載置される接続配線と、前記半導体発光素子が載置される領域とは異なる領域において、前記半導体基板の前記表面から前記駆動集積回路まで形成されるビア接続部とを備え、前記駆動集積回路は、前記半導体基板の表面と平行な方向において、前記キャビティよりも外側に形成され、前記ビア接続部および前記接続配線を介して前記ビア配線と電気的に接続され、前記配線および前記素子接続端子を介して前記半導体発光素子に電気的に接続される発光デバイスを提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
発光デバイス１００の断面図の一例を示す。 半導体基板１０２の表面および半導体発光素子１０１を示す。 半導体発光素子１０１の断面の一例を示す。 半導体発光素子１０１の他の構成例を示す。 半導体発光素子１０１の他の構成例を示す。 他の例における発光デバイス１００の断面を示す。 図６に示した発光デバイス１００の上面を示す。 他の例における発光デバイス１００の断面を示す。 図８に示した発光デバイス１００の上面を示す。 他の例における発光デバイス１００の断面を示す。 ウエハ状の半導体基板１０２に、複数の発光デバイス１００をアレイ状に形成した構成の上面を示す。 発光素子基板６００の断面の一例を示す。 照明装置７００の構成例を示す。 バックライト８００の構成例を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、発光デバイス１００の断面図の一例を示す。発光デバイス１００は、半導体発光素子１０１、半導体基板１０２、駆動集積回路１０３、レンズ１０４、ビア接続部１０６、接続配線１０７、ビア配線１０８、絶縁部１０９および絶縁膜１３０を備える。本例の発光デバイス１００は、半導体基板１０２の内部において、半導体発光素子１０１の直下に、半導体発光素子１０１を制御する駆動集積回路１０３を形成することで、駆動集積回路１０３を有する発光デバイス１００の厚みを低減する。
半導体発光素子１０１は、ｐ型半導体層、活性層およびｎ型半導体層を有するＬＥＤ素子である。一例として、半導体発光素子１０１は、化合物半導体により形成されてよい。半導体発光素子１０１は、半導体基板１０２に対向する面に、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層に電気的に接続される２つの電極を有する。半導体発光素子１０１は、半導体基板１０２とは逆側の面から光を射出する。半導体発光素子１０１は、半導体基板１０２に対して、ｐ型半導体層、活性層およびｎ型半導体層が垂直方向に形成される垂直型構造を有する発光素子であってよい。
半導体基板１０２は、半導体発光素子１０１を載置する。半導体発光素子１０１が載置される面を、半導体基板１０２の表面と称する。半導体基板１０２は、シリコン基板を有してよく、また、化合物半導体基板を有してもよい。
駆動集積回路１０３は、半導体基板１０２の内部において、半導体発光素子１０１と対向する位置に設けられる。駆動集積回路１０３は、半導体発光素子１０１のそれぞれの電極に対して、素子接続端子１０５を有する。素子接続端子１０５の端面は、半導体基板１０２の表面において、半導体発光素子１０１と対向する位置に露出する。
駆動集積回路１０３の表面には、絶縁膜１３０が形成されてよい。絶縁膜１３０の表面は、半導体基板１０２の表面と同一の高さであってよい。絶縁膜１３０は、半導体基板１０２の表面を覆うように形成されてよい。半導体発光素子１０１は、絶縁膜１３０上に載置される。それぞれの素子接続端子１０５は、絶縁膜１３０を貫通して、駆動集積回路１０３の半導体回路および半導体発光素子１０１を電気的に接続する。それぞれの素子接続端子１０５は、半導体発光素子１０１の対応する電極と電気的に接続される。
駆動集積回路１０３は、素子接続端子１０５を介して、半導体発光素子１０１を制御する。例えば駆動集積回路１０３は、半導体発光素子１０１に供給される電流量を制御する。また、駆動集積回路１０３は、半導体発光素子１０１のオン／オフの点灯を制御してもよい。
駆動集積回路１０３は、半導体基板１０２の表面に形成された半導体回路を有してよい。当該半導体回路は、半導体基板の内部に渡って形成されてもよい。当該半導体回路は、絶縁膜１３０により覆われる。半導体回路は、公知の半導体プロセスにより形成できる。半導体基板１０２に半導体発光素子１０１を載置することで、駆動集積回路１０３を、半導体発光素子１０１の直下に容易に形成することができる。
なお、半導体発光素子１０１と対向する位置とは、半導体発光素子１０１が載置される半導体基板１０２の表面と垂直な方向において、半導体発光素子１０１の少なくとも一部の領域と、駆動集積回路１０３の少なくとも一部の領域が重なる位置を指してよい。本例の駆動集積回路１０３は、水平面における外周が、半導体発光素子１０１の水平面における外周を包含するように形成される。なお、駆動集積回路１０３の水平面の領域とは、駆動集積回路１０３の素子、配線および電極等を全て包含することができる最小面積の矩形の領域を指してよい。
なお、駆動集積回路１０３は、半導体基板１０２とは別個に製造された、制御チップに形成されてよい。この場合、半導体基板１０２の表面には、当該制御チップを格納する溝部が形成される。当該溝部は、制御チップと略同一の形状を有する。
この場合、半導体基板１０２は、半導体基板でなくともよい。なお、制御チップは、半導体発光素子１０１と対向する面に素子接続端子１０５を有する。また、半導体発光素子１０１は、当該制御チップの上に載置される。
ビア配線１０８は、半導体発光素子１０１が載置される領域とは異なる領域において、半導体基板１０２の表面から裏面まで貫通して形成される。ビア配線１０８は、半導体基板１０２の裏面側において、半導体発光素子１０１に供給する電源電力、半導体発光素子１０１を制御する制御信号等を受け取る。
絶縁部１０９は、ビア配線１０８および半導体基板１０２を絶縁する。絶縁部１０９は、ビア配線１０８を囲むように形成される。絶縁部１０９は、ビア配線１０８が形成されるビアホールの側壁を覆うように形成されてよい。なお、半導体基板１０２が絶縁性の基板の場合、発光デバイス１００は、絶縁部１０９を備えなくともよい。
絶縁部１０９は、半導体基板１０２の表面から裏面まで貫通して形成される。絶縁部１０９は、半導体基板１０２の裏面において、基板面に沿って更に延伸して形成されてよい。
駆動集積回路１０３は、半導体基板１０２の表面において、ビア配線１０８と電気的に接続される。本例の駆動集積回路１０３は、ビア接続部１０６および接続配線１０７を介して、ビア配線１０８と電気的に接続される。
ビア接続部１０６は、半導体発光素子１０１が載置される領域とは異なる領域において、半導体基板１０２の表面から、駆動集積回路１０３まで貫通して形成される。本例のビア接続部１０６は、絶縁膜１３０を貫通して形成される。
接続配線１０７は、半導体基板１０２の表面に設けられ、ビア接続部１０６およびビア配線１０８を電気的に接続する。本例の接続配線１０７は、絶縁膜１３０の表面に形成される。このように、駆動集積回路１０３およびビア配線１０８を、半導体基板１０２の表面において電気的に接続することで、これらの回路および配線を、半導体回路の片面に対する半導体プロセスにより形成することができる。
レンズ１０４は、半導体発光素子１０１を覆って設けられる。レンズ１０４は、透明樹脂等により形成される。レンズ１０４は、半球形状を有してよい。レンズ１０４は、ビア配線１０８および接続配線１０７を更に覆うように設けられてよい。これにより、ビア配線１０８および接続配線１０７を保護することができる。また、レンズ１０４は、中空形状であってよい。また、レンズ１０４には、半導体発光素子１０１の射出光により励起される１または複数種類の蛍光材料を含んでよい。
図２は、半導体基板１０２の表面を示す。なお図１は、図２におけるＡ−Ａ´断面を示す。図２に示すように、半導体基板１０２の表面において、駆動集積回路１０３と対応する領域の内部に、半導体発光素子１０１が載置される。そして、駆動集積回路１０３および半導体発光素子１０１は、半導体基板１０２の表面から垂直方向に形成された素子接続端子１０５を介して電気的に接続される。２つの素子接続端子１０５は、半導体発光素子１０１のｐ型半導体層に接続される電極、および、ｎ型半導体層に接続される電極と接触する。
本例の発光デバイス１００は、２組のビア配線１０８、絶縁部１０９、接続配線１０７およびビア接続部１０６を有する。また、発光デバイス１００は、２組のビア配線１０８、絶縁部１０９、接続配線１０７およびビア接続部１１０を有する。
４個のビア接続部１０６および１１０は、駆動集積回路１０３の矩形領域の４隅に形成されてよい。駆動集積回路１０３は、長方形の領域に形成されてよい。半導体発光素子１０１は、駆動集積回路１０３に対応する領域の中央に載置される。４個のビア接続部１０６および１１０は、半導体発光素子１０１と重ならないように形成される。ビア接続部１０６および１１０は、駆動集積回路１０３の内部回路を介して、素子接続端子１０５と電気的に接続されてよい。
４個のビア接続部１０６および１１０に対応する４個のビア配線１０８は、駆動集積回路１０３の領域の外側に設けられる。それぞれのビア配線１０８は、駆動集積回路１０３の領域の長辺と対向する位置に設けられる。それぞれの接続配線１０７は、対応するビア接続部１０６および１１０と、ビア配線１０８とを接続する。それぞれのビア配線１０８を結ぶ直線は、駆動集積回路１０３の領域の長辺と平行であってよい。
また、それぞれのビア接続部１０６は、対応するビア配線１０８を介して、半導体発光素子１０１に供給する電源電力を受け取ってよい。それぞれのビア接続部１１０は、対応するビア配線１０８を介して、半導体発光素子１０１に供給する電源電力を制御する制御信号を受け取ってよい。駆動集積回路１０３は、当該制御信号に応じて電圧または電流のレベルを調整した電源電力を、素子接続端子１０５に印加してよい。
また、半導体基板１０２には、更に多くのビア配線１１１および絶縁部１０９が形成されてよい。これらのビア配線１１１は、駆動集積回路１０３に接続されずともよい。ビア配線１１１は、他のビア配線１０８よりも、半導体発光素子１０１の近傍に形成されてよい。本例において、ビア配線１１１は、駆動集積回路１０３のそれぞれの長辺の外側に形成される。また、ビア配線１１１は、駆動集積回路１０３のそれぞれの長辺の外側において、半導体発光素子１０１と対向する位置に形成される。また、ビア配線１１１およびビア配線１０８を結ぶ直線は、駆動集積回路１０３の領域の長辺と平行であってよい。このような構成により、半導体発光素子１０１で生じた熱を、半導体基板１０２の裏面に効率よく放熱することができる。ビア配線１１１の直径は、ビア配線１０８よりも大きくてよい。
ビア配線１０８および１１１、ビア接続部１０６および１１０は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属材料で形成されてよい。また、ビア配線１０８は、半導体発光素子１０１が発生した熱を、半導体基板１０２の裏面側に放熱する放熱部として更に機能してもよい。ビア配線１０８および１１１は、半導体基板１０２の材料よりも熱伝導率の高い材料で形成される。
図３は、半導体発光素子１０１の断面の一例を示す。本例の半導体発光素子１０１は、素子基板２０９、絶縁層２０６、積層部（２０１−２０３）、第１の電極（２０４、２０５）および第２の電極（２０７、２０８）を有する。積層部は、第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２および第２の伝導型の半導体層２０１が積層される。本例において第１の伝導型はｐ型であり、第２の伝導型はｎ型である。
また、第１の電極は、電極層２０４および電極部２０５を有する。第２の電極は、電極層２０７、電極部２０８および貫通配線２１２を有する。電極層２０４は、第１の伝導型の半導体層２０３の、発光層２０２とは逆側の面に形成される。電極層２０４は、第１の伝導型の半導体層２０３の当該面の全部を覆うように形成されてよい。
絶縁層２０６は、電極層２０４の、第１の伝導型の半導体層２０３とは逆側の面に形成される。絶縁層２０６は、電極層２０４の当該面の全部を覆うように形成されてよい。電極層２０７は、絶縁層２０６の、電極層２０４とは逆側の面に形成される。電極層２０７は、絶縁層２０６の当該面の全部を覆うように形成されてよい。
貫通配線２１２は、電極層２０７から第２の伝導型の半導体層２０１まで、絶縁層２０６、電極層２０４、第１の伝導型の半導体層２０３および発光層２０２を貫通して形成される。貫通配線２１２の周囲には、貫通配線２１２と、電極層２０４および第１の伝導型の半導体層２０３とを絶縁する絶縁層２０６が形成されてよい。
また、第２の伝導型の半導体層２０１の内部に延伸する貫通配線２１２の側面にも、絶縁層２０６が形成されてよい。つまり、貫通配線２１２は、所定の深さまで、第２の伝導型の半導体層２０１と絶縁されてよい。また、貫通配線２１２は、複数形成されてよい。それぞれの貫通配線２１２は、等間隔に形成されてよい。貫通配線２１２は、第２の伝導型の半導体層２０１の厚みの半分より深く、第２の伝導型の半導体層２０１の内部に延伸してよい。
また、貫通配線２１２は、テーパー形状を有してよい。つまり、貫通配線２１２の、電極層２０７の近傍における直径は、第２の伝導型の半導体層２０１の近傍における直径よりも大きくてよい。また、半導体発光素子１０１の断面が図２に示すように矩形の場合、貫通配線２１２は、半導体発光素子１０１の四隅の近傍に形成されてよい。それぞれの貫通配線２１２は、半導体発光素子１０１の中央と、対応する頂点との間に設けられる。それぞれの貫通配線２１２は、半導体発光素子１０１の中央からの距離よりも、半導体発光素子１０１の対応する頂点からの距離のほうが小さくなるように配置されてよい。また、当該矩形の中央にも、更に貫通配線が形成されてよい。
素子基板２０９は、電極層２０７を覆うように設けられる。素子基板２０９は、電極層２０７に、非導電性の接着層で接着されてよい。また、素子基板２０９は、半導体基板であってよく、樹脂等の基板であってよく、サファイアまたはセラミック等の基板であってもよい。電極部２０８は、電極層２０７から素子基板２０９を貫通して形成される。電極部２０５は、電極層２０４から絶縁層２０６、電極層２０７および素子基板２０９を貫通して形成される。
このような構造により、第１の伝導型の半導体層２０３および第２の伝導型の半導体層２０１に接続される２つの電極を、素子基板２０９の同一の面に露出させることができる。このため、半導体発光素子１０１を、半導体基板１０２に容易に載置することができる。また、ワイヤ配線を用いないので、ワイヤが発光領域を覆うことによる、発光効率の低下を防ぐことができる。電極部２０５および２０８は、図１に示した素子接続端子１０５と電気的に接続される。
なお、第２の伝導型の半導体層２０１、発光層２０２、第１の伝導型の半導体層２０３、電極層２０４、絶縁層２０６および電極層２０７は、この順で、サファイア基板等の成長用基板に順次積層されてよい。当該成長用基板は、素子基板２０９が形成された後に除去される。
なお、素子基板２０９は、導電性物質を含んでよい。素子基板２０９は、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｅ、ＧａＡｓのいずれかを含んでよい。この場合、素子基板２０９と、電極層２０７、電極部２０５および電極部２０８との間には、絶縁膜が形成される。また、第２の伝導型の半導体層２０１の、光射出面には、凹凸パターンが形成されてよい。これにより、光抽出効率を上げることができる。凹凸パターンは、ＫＯＨ等を用いた異方性エッチング、または、フォトリソグラフィー工程等で形成できる。
図４は、半導体発光素子１０１の他の構成例を示す。本例の半導体発光素子１０１は、第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１、絶縁部２１３、貫通配線２１２、電極部２０８および電極部２０５を有する。
第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１および貫通配線２１２は、図３において説明した第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１および貫通配線２１２と同一である。電極部２０５（第１の電極）および電極部２０８（第２の電極）は、第１の伝導型の半導体層２０３および半導体基板１０２との間の領域に形成される。
つまり、電極部２０８および電極部２０５は、第１の伝導型の半導体層２０３の、発光層２０２とは逆側の同一面に形成される。電極部２０８は、第１の伝導型の半導体層２０３および発光層２０２を貫通する貫通配線２１２を介して、第２の伝導型の半導体層２０１に接続される。絶縁部２１３は、電極部２０５および電極部２０８の間を絶縁する。
電極部２０５の面積は、電極部２０８の面積より大きくてよい。電極部２０５は、第１の伝導型の半導体層２０３の面のうち、電極部２０８および絶縁部２１３が設けられる領域以外の全領域を覆ってよい。また、電極部２０５および電極部２０８の、垂直方向における高さは同一であってよい。
また、半導体発光素子１０１は、電極部２０５および電極部２０８の、第１の伝導型の半導体層２０３と逆側の面に、素子基板を更に有してもよい。素子基板には、電極部２０５および電極部２０８のそれぞれに対応する貫通配線が形成されてよい。このような構造により、第１の伝導型の半導体層２０３および第２の伝導型の半導体層２０１に接続される２つの電極を、半導体発光素子１０１の同一の面に露出させることができる。
図５は、半導体発光素子１０１の他の構成例を示す。本例の半導体発光素子１０１は、第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１および２つの電極部２１１を有する。第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１および貫通配線２１２は、図３において説明した第１の伝導型の半導体層２０３、発光層２０２、第２の伝導型の半導体層２０１および貫通配線２１２と同一である。
半導体発光素子１０１は、いわゆるフリップチップ形態で、半導体基板１０２に実装される。本例では、半導体発光素子１０１の端部において、第１の伝導型の半導体層２０３および発光層２０２の一部が除去される。これにより、第２の伝導型の半導体層２０１が露出する。電極部２１１の一方は、露出した第２の伝導型の半導体層２０１の領域に形成される。また、電極部２１１の他方は、第１の伝導型の半導体層２０３の、発光層２０２とは逆側の面に形成される。
第１の伝導型の半導体層２０３に設けられた電極部２１１は、半導体基板１０２の表面に露出する素子接続端子１０５と接触する。第２の伝導型の半導体層２０１に設けられた電極部２１１は、ワイヤまたはその他の配線により、対応する素子接続端子１０５と電気的に接続される。
なお、半導体発光素子１０１は、図３から図５に示した構造とは異なる構造を有してよい。半導体発光素子１０１は、少なくとも一つの電極が、第２の伝導型の半導体層２０１の表面に形成されてよい。当該電極は、ボンディングワイヤおよび半導体基板１０２に形成される配線を介して、対応する素子接続端子１０５と電気的に接続される。
また、図３に示すように、第２の伝導型の半導体層２０１の表面には、全面に渡って凹凸が形成されてよい。これにより、射出光を散乱させることができる。また、第２の伝導型の半導体層２０１の表面には、１または複数種類の蛍光物質を含む層が形成されてよい。当該蛍光物質は、発光層２０２から射出される射出光により励起され、射出光とは異なる波長の光を出力する。例えば、発光層２０２は青色の波長の射出光を出力し、当該蛍光物質は、赤色および緑色の波長の光を出力してよい。これにより、半導体発光素子１０１は、白色光を出力する。
また、図１および図２に示した例では、１つの半導体発光素子１０１を備える例を説明したが、発光デバイス１００は、複数の半導体発光素子１０１を備えてよい。駆動集積回路１０３は、それぞれの半導体発光素子１０１に対して設けられてよい。
図６は、他の例における発光デバイス１００の断面を示す。本例の発光デバイス１００は、図１から図５に関連して説明した発光デバイス１００に対して、放熱部３１１および絶縁部３１０を更に備える。
放熱部３１１は、半導体発光素子１０１が載置される半導体基板１０２の領域において、半導体基板１０２の表面から裏面まで貫通して形成される。放熱部３１１は、半導体基板１０２よりも熱伝導率が高い材料で形成される。また、放熱部３１１の直径は、ビア配線１０８の直径より大きくてよい。
また放熱部３１１は、導電性を有し、半導体発光素子１０１に接地電位を印加してよい。絶縁部３１０は、放熱部３１１と、半導体基板１０２とを絶縁する。絶縁部３１０は、放熱部３１１の側面を覆うように形成される。なお、放熱部３１１が形成される領域には、駆動集積回路１０３が形成されない。駆動集積回路１０３は、放熱部３１１を囲む領域に形成されてよい。
図７は、図６に示した発光デバイス１００の上面を示す。図７におけるＢ−Ｂ´断面が、図６の断面に対応する。放熱部３１１は、半導体発光素子１０１の中央に対応する領域に形成されてよい。
駆動集積回路１０３は、大きい矩形のそれぞれの角部から、小さい矩形を削除した外形を有する。また、当該大きい矩形の中央における、放熱部３１１を囲む矩形領域には、駆動集積回路１０３が形成されない。また、それぞれのビア配線１０８は、当該小さい矩形の領域に配置される。ビア接続部１０６および１１０は、駆動集積回路１０３が設けられる領域のうち、当該小さい矩形に対向する領域に配置される。
図８は、他の例における発光デバイス１００の断面を示す。図９は、図８に示した発光デバイス１００の上面を示す。図９におけるＢ−Ｂ´断面が、図８の断面に対応する。本例の発光デバイス１００は、半導体基板１０２の表面に形成され、半導体発光素子１０１を格納するキャビティ４１２と、配線４１１とを備える点で、図１から図７に関連して説明したそれぞれの発光デバイス１００と相違する。他の点は、図１から図７に関連して説明したいずれかの発光デバイス１００と同一であってよい。
キャビティ４１２は、底面の外形が半導体発光素子１０１より大きくなるように、半導体基板１０２の表面をエッチングすることで形成されてよい。キャビティ４１２の側面は、半導体発光素子１０１の側面から射出される光を上方に反射するような傾斜を有することが好ましい。キャビティ４１２の深さは、半導体発光素子１０１の高さと略同一であってよい。
駆動集積回路１０３、素子接続端子１０５、ビア接続部１０６および１１０、接続配線１０７、ならびに、ビア配線１０８は、半導体基板１０２の表面と平行な方向において、キャビティ４１２の外側に形成される。素子接続端子１０５は、キャビティ４１２の外周に沿って形成される。
配線４１１は、キャビティ４１２の底面および側面に形成され、且つ、素子接続端子１０５まで延伸して形成される。配線４１１は、キャビティ４１２の底面および側面の全面を覆うように形成されてよい。つまり、配線４１１の面積は、半導体発光素子１０１より大きい。上面から見た場合に、配線４１１は、２つの素子接続端子１０５を覆う大きさの矩形形状を有してよい。
なお、配線４１１は、半導体発光素子１０１の２つの電極のそれぞれに対応して分離して形成される。半導体発光素子１０１は、ｐおよびｎ型の２つの半導体層に対応する２つの電極が、分離された２つの配線４１１のうちの対応する一方に接触するように、配線４１１上に配置される。
なお、キャビティ４１２の側面に形成される配線４１１は、半導体基板１０２よりも反射率の高い材料で形成されることが好ましい。配線４１１は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ等で形成されてよい。
このように、半導体発光素子１０１を、半導体基板１０２に形成されたキャビティ内に格納することで、発光デバイス１００の厚みを低減することができる。また、半導体発光素子１０１の底面と、半導体基板１０２の裏面との距離が近くなるので、半導体発光素子１０１の冷却を効率よく行うことができる。また、基板の厚みが薄くなったキャビティ４１２の全面に配線４１１を形成するので、効率よく放熱することができる。半導体発光素子１０１に対応する半導体基板１０２の領域には、図６に関連して説明した放熱部３１１が形成されてもよい。
図１０は、他の例における発光デバイス１００の断面を示す。図１１は、ウエハ状の半導体基板１０２に、複数の発光デバイス１００をアレイ状に形成した構成の上面を示す。本例の発光デバイス１００は、図１から図９に関連して説明した発光デバイス１００の構成に加え、制御集積回路５１１および電力集積回路５１４を更に備える。
制御集積回路５１１および電力集積回路５１４は、駆動集積回路１０３と同様に、半導体基板１０２に、半導体プロセス等により形成できる。本例の駆動集積回路１０３、制御集積回路５１１および電力集積回路５１４は、半導体発光素子１０１に対応する領域とは異なる領域に形成される。電力集積回路５１４は、半導体発光素子１０１に供給する電力を生成する。例えば電力集積回路５１４は、入力される交流電力を、直流電力に変換する。
駆動集積回路１０３は、半導体発光素子１０１に供給する電流の量を制御する。駆動集積回路１０３は、電力集積回路５１４が生成した電力を受け取り、所定の電圧レベルおよび電流レベルに調整して、半導体発光素子１０１に供給してよい。
制御集積回路５１１は、半導体発光素子１０１の射出光の明るさ等を制御する制御信号を生成して、半導体発光素子１０１に供給する。制御集積回路５１１は、例えば半導体発光素子１０１をオン／オフする期間比（デューティー比）を制御して、射出光の明るさを制御する。
駆動集積回路１０３、制御集積回路５１１および電力集積回路５１４のそれぞれは、互いに他の回路と電気的に接続するための端子、外部からの電力または信号を受け取る端子、および、半導体発光素子１０１と電気的に接続するための端子およびビア接続部（１０５、１０６、５１２、５１３、５１５、５１６）を有してよい。これらの端子およびビア接続部は、半導体基板１０２の表面、裏面または内部に形成された配線を介して接続されてよい。
また、本例のビア配線１０８は、半導体発光素子１０１と対向する半導体基板１０２の領域に形成される。ビア配線１０８は、半導体発光素子１０１の電極と接触する。駆動集積回路１０３の素子接続端子１０５は、半導体基板１０２の裏面において、ビア配線１０８と接続されてよい。駆動集積回路１０３のビア接続部１０６は、電力集積回路５１４と電気的に接続されてよい。
また、制御集積回路５１１の配線５１２は、半導体基板１０２の裏面において、外部から制御信号を受け取ってよい。また、制御集積回路５１１の端子５１３は、半導体基板１０２の表面において、半導体発光素子１０１と電気的に接続されてよい。
電力集積回路５１６の端子５１５は、半導体基板１０２の裏面において、外部から電力を受け取ってよい。また、端子５１５は、半導体発光素子１０１に電力を供給する。端子５１５は、駆動集積回路１０３を介して半導体発光素子１０１に電力を供給してよく、半導体発光素子１０１に直接電力を供給してもよい。前者の場合、端子５１５は、半導体基板１０２の裏面において、ビア接続部１０６と接続されてよい。後者の場合、端子５１５は、半導体基板１０２の表面において、半導体発光素子１０１と接続される。
図１２は、発光素子基板６００の断面の一例を示す。発光素子基板６００には、複数の発光デバイス１００が形成される。本例の発光素子基板６００は、同一の半導体基板１０２に、複数の半導体発光素子１０１が形成される。また、半導体基板１０２には、複数の半導体発光素子１０１に対応して、複数の駆動集積回路１０３が形成される。
なお、複数の半導体発光素子１０１は、同一の成長基板６０２上に形成されてよい。例えば、素子基板２０９の全面に、ｐ型半導体層、発光層およびｎ型半導体層を積層した後に、これらの半導体層をエッチングして複数の領域に分割することで、それぞれの半導体発光素子１０１を形成してよい。素子基板２０９は、例えばサファイア基板または半導体基板である。
そして、素子基板２０９および半導体基板１０２を貼り合わせることで、複数の半導体発光素子１０１を、半導体基板１０２に固定する。素子基板２０９は、半導体基板１０２に半導体発光素子１０１を固定した後に除去されてよい。また、それぞれの半導体発光素子１０１に対して、レンズ１０４を更に形成してよい。
図３から５に関連して説明したように、複数の半導体発光素子１０１の電極は、同一の面内に形成できる。このため、複数の半導体発光素子１０１を、半導体基板１０２に容易に貼り合わせることができる。また、素子基板２０９を除去した後に、一つまたは所定の数の半導体発光素子１０１ごとに、半導体基板１０２を分割してよい。これにより複数の発光デバイス１００を容易に形成することができる。
なお、発光素子基板６００は、それぞれの駆動集積回路１０３を介して、それぞれの半導体発光素子１０１を個別に制御することで、表示装置として機能してよい。発光素子基板６００には、表示すべき画像データを、それぞれの半導体発光素子１０１の制御データに変換する変換部が接続されてよい。
また、半導体基板１０２には、異なる波長の光を出力する半導体発光素子１０１が形成されてよい。例えば、光射出面に、異なる種類の蛍光材料が形成されることで、青色、緑色、赤色の光を出力する半導体発光素子１０１が所定の配列で配置されてよい。これにより、発光素子基板６００は、カラーの画像を表示することができる。
図１３は、照明装置７００の構成例を示す。照明装置７００は、複数の発光デバイス１００、樹脂カバー７１０、電力伝送部７３０、支持部７４０を備える。複数の発光デバイス１００は、図１２に示したように、共通の半導体基板１０２に形成されてよい。この場合、半導体基板１０２は、樹脂基板等の実装基板に貼りあわされてもよい。また、図１に示したような発光デバイス１００が、樹脂基板等の実装基板に個別に実装されてもよい。樹脂カバー７１０は、複数の発光デバイス１００を覆うように設けられる。例えば樹脂カバー７１０は、半球状を有してよい。樹脂カバー７１０は、中空形状であってよい。
支持部７４０は、半導体基板１０２（または実装基板）を支持する。支持部７４０は、半導体基板１０２の基板形状と略同一形状の開口を有してよい。半導体基板１０２は、当該開口に固定される。電力伝送部７３０は、それぞれの半導体発光素子１０１を駆動する電源電力を、それぞれの発光デバイス１００に伝送する。また、支持部７４０は、商用電源等に接続され、商用電源と、電力伝送部７３０とを電気的に接続する。
図１４は、バックライト８００の構成例を示す。バックライト８００は、複数の発光デバイス１００が１次元または２次元に配列されたデバイスアレイ８２０と、導光板８１０とを備える。また、バックライト８００は、導光板８１０の光射出面に対向する位置に設けられた、拡散シートおよびレンズシート等の光学シートを更に備えてよい。
デバイスアレイ８２０は、図１２に示したように、同一の半導体基板１０２に形成された状態の複数の発光デバイス１００を含んでよい。デバイスアレイ８２０は、導光板８１０の各長辺に対向して設けられてよい。それぞれの発光デバイス１００は、導光板８１０の側面から、導光板８１０の内部に光を射出する。導光板８１０は、入射された光を、所定の光射出面から射出する。また、デバイスアレイ８２０は、導光板８１０の光射出面とは逆側の面に対向して設けられてよい。つまり、バックライト８００は、直下型であってもよい。当該バックライトは、テレビ等の液晶モニタ、携帯電話の液晶画面等に用いることができる。
なお、発光デバイス１００は、更に多様な用途に用いることができる。例えば発光デバイス１００は、自動二輪車、自動四輪車のヘッドライトの光源として使用することもできる。この場合、ヘッドライトは、１または複数の発光デバイス１００と、発光デバイス１００の射出光を車外に照射するレンズとを有する。
また、発光デバイス１００は、蛍光灯の光源として使用することもできる。この場合、蛍光灯は、一次元に配列された複数の発光デバイス１００と、複数の発光デバイス１００を格納し、発光デバイス１００の射出光を外部に照射するチューブとを有する。
また、発光デバイス１００は、情報表示装置の画素として使用することもできる。この場合、情報表示装置は、二次元に配列された複数の発光デバイス１００と、それぞれの発光デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。複数の発光デバイス１００には、緑色光、青色光または赤色光をそれぞれ射出する複数種類のデバイスが含まれてよい。また、図１２に示したように、共通の半導体基板１０２に形成された状態の複数の発光デバイス１００を、情報表示装置の画素として使用してもよい。
また、発光デバイス１００は、信号機の光源として使用することもできる。信号機は、それぞれ異なる色を射出する少なくとも２種類の発光デバイス１００と、それぞれの発光デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。信号機は、色ごとに発光デバイス１００を複数有してよい。
また、発光デバイス１００は、電気機器の動作状態を示す表示灯の光源として使用することもできる。表示灯は、例えばテレビまたはノートパソコンの電源の状態等を示す表示灯であって、発光デバイス１００と、発光デバイス１００を駆動する駆動回路とを有する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。また、同一の符号を付して説明した構成要素は、同一の機能および構成を有してよい。
１００・・・発光デバイス、１０１・・・半導体発光素子、１０２・・・半導体基板、１０３・・・駆動集積回路、１０４・・・レンズ、１０５・・・素子接続端子、１０６・・・ビア接続部、１０７・・・接続配線、１０８・・・ビア配線、１０９・・・絶縁部、１１０・・・ビア接続部、１１１・・・ビア配線、１３０・・・絶縁膜、２０１・・・半導体層、２０２・・・発光層、２０３・・・半導体層、２０４・・・電極層、２０５・・・電極部、２０６・・・絶縁層、２０７・・・電極層、２０８・・・電極部、２０９・・・素子基板、２１１・・・電極部、２１２・・・貫通配線、２１３・・・絶縁部、３１０・・・絶縁部、３１１・・・放熱部、４１１・・・配線、４１２・・・キャビティ、５１１・・・制御集積回路、５１２・・・配線、５１３・・・端子、５１４・・・電力集積回路、５１５・・・端子、５１６・・・電力集積回路、６００・・・発光素子基板、６０２・・・成長基板、７００・・・照明装置、７１０・・・樹脂カバー、７３０・・・電力伝送部、７４０・・・支持部、８００・・・バックライト、８１０・・・導光板、８２０・・・デバイスアレイ

Claims (4)

  1. 半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を載置するキャビティを含む半導体基板と、
    前記半導体基板内に形成され、前記半導体発光素子を制御する駆動集積回路と、
    前記駆動集積回路の表面に形成され、前記半導体発光素子に電気的に接続される素子接続端子と、
    前記キャビティの底面および側面を覆い、前記素子接続端子に接続されるように形成される配線と、
    前記半導体発光素子が載置される領域とは異なる領域において、前記半導体基板の前記半導体発光素子が載置される表面から裏面まで貫通して形成されたビア配線と、
    前記半導体基板の前記表面に載置される接続配線と、
    前記半導体発光素子が載置される領域とは異なる領域において、前記半導体基板の前記表面から前記駆動集積回路まで形成されるビア接続部とを備え、
    前記駆動集積回路は、前記半導体基板の表面と平行な方向において、前記キャビティよりも外側に形成され、前記ビア接続部および前記接続配線を介して前記ビア配線と電気的に接続され、前記配線および前記素子接続端子を介して前記半導体発光素子に電気的に接続されることを特徴とする発光デバイス。
  2. 前記ビア配線および前記半導体基板を絶縁する絶縁部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記半導体発光素子が載置される領域において、前記半導体基板の前記表面から前記裏面まで貫通し、前記半導体基板よりも熱伝導率が高い材料で形成された放熱部を更に備え、
    前記駆動集積回路は、前記放熱部を囲む領域に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
  4. 前記放熱部の直径は、前記ビア配線の直径より大きいことを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
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