JP7011195B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

特許文献１に記載の発光モジュール（以下「従来の発光装置」ともいう。）は、半導体発光素子の発光面に凹凸が設けられており、半導体発光素子の発光面と光波長変換部材とを樹脂等の接着剤層により固着している（例えば、図４参照）。

特開2011-9305号公報

しかしながら、従来の発光装置においては、半導体発光素子と光波長変換部材とを固着する際に、半導体発光素子の端部から樹脂が垂れる、あるいははみ出ることにより、光の損失につながるおそれがある。したがって、従来の発光装置は光の損失をさらに低減できる余地がある。

本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、光取出面が粗面である半導体発光素子を準備する工程と、半導体発光素子の光取出面上に樹脂を塗布し、硬化して樹脂層を形成する工程と、第１金属膜が下面に形成された光学部材を準備する工程と、樹脂層の上面に第２金属膜を形成する工程と、第１金属膜と記第２金属膜とを向かい合わせて荷重することにより原子拡散接合する工程と、を含む。

また、本発明の一実施形態に係る発光装置は、光取出面が粗面である半導体発光素子と、半導体発光素子の光取出面上に設けられた樹脂層と、樹脂層の上面側に設けられた光学部材と、を備える。特に、樹脂層は、光学部材近傍に金属元素を含んで構成され、半導体発光素子の側面は樹脂層から露出している。

本発明に係る発光装置の製造方法によれば、光の損失を低減した発光装置を生産性良く製造することができる。

また、本発明に係る発光装置によれば、光の損失を低減した発光装置とすることができる。

図１は、第１実施形態に係る発光装置を説明するための概略断面図である。 図２は、図１の破線枠における拡大図である。 図３は、第２実施形態に係る発光装置を説明するための概略断面図である。 図４は、第３実施形態に係る発光装置を説明するための概略断面図である。 図５は、第４実施形態に係る発光装置を説明するための概略断面図である。 図６は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図７は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図８は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図９は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１０は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１１は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１２は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１３は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１４は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１５は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１６は、第１実施形態に係る発光装置の製造方法を説明するための概略断面図である。

以下に図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、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に誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。また、半導体発光素子１０に用いられる各部材については少なくとも１つあればよく、複数個あってもよいものとする。

＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態に係る発光装置１００を示す。発光装置１００は、光取出面が粗面である半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０の光取出面上に設けられた樹脂層２０と、樹脂層２０の上面側に設けられた光学部材３０と、を備える。特に、樹脂層２０は、光学部材３０近傍に金属元素２１を含んで構成され、半導体発光素子１０の側面は樹脂層２０から露出している。

これにより、光の損失を低減した発光装置とすることができる。この点について、以下に詳細に説明する。

まず、従来の発光装置では、半導体発光素子と光学部材とを接着剤を用いて接着するため、接着面の端部から接着剤が垂れる、あるいははみ出るおそれがある。なお、ここでいう接着剤とは、例えば未硬化の樹脂である。つまり、半導体発光素子と光学部材とを接着剤を挟んで押圧するため、接着剤が溢れて半導体発光素子の側面に付着するおそれがある。半導体発光素子の側面に接着剤が付着するとそこに光がとどまり、光取り出し効率の低下につながる可能性がある。また、接着剤と光学部材とが異なる屈折率である場合には、屈折率の相違からフレネル反射により光の一部が反射して光の取り出し効率が低下するおそれがある。

一方、本実施形態の発光装置１００では、半導体発光素子１０の側面が樹脂層２０から露出しているため、光学部材３０に光を入射させやすくなり光の損失を低減することができる。

以上の理由により、本実施形態に係る発光装置１００によると、光の損失を低減した発光装置とすることができる。

以下、図１に基づいて発光装置１００における主な構成要素について説明する。

（半導体発光素子１０）
半導体発光素子１０は、半導体層１２と、ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂと、を備えている。図１に示されている半導体発光素子１０は、光取出面側から、ｎ型半導体層１２ａ、活性層１２ｂ、及びｐ型半導体層１２ｃがこの順に積層されて構成されている。これらの層はいずれも、好ましくはＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＰ、ＳｉＣ、及びＺｎＯなどから成る群より選択される一種又は二種以上から成る。特に、これらの層としては、一般式がＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１－Ｘ－Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）で表わされるＧａＮ系化合物を用いるのが好ましい。ｎ型半導体層１２ａはｎ側電極１３ａと接続され、ｐ型半導体層１２ｃはｐ側電極１３ｂと接続される。なお、半導体発光素子１０は、サファイアなどの成長基板１１を備えていてもよい。好ましくは後述するように半導体層１２を光取り出し面とすることが好ましい。これにより、成長基板１１での光の吸収を抑制することができ、光の取出し効率を向上させることができる。

また、ｎ型半導体層１２ａ、活性層１２ｂ及びｐ型半導体層１２ｃはそれぞれ、単層構造でもよいし、又は組成及び膜厚の異なる二以上の層から成る積層構造、もしくは超格子構造等としてもよい。特に、活性層１２ｂは、量子効果が生ずる薄膜を含む単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であることが好ましい。これらの量子井戸構造において、井戸層はＩｎを含む窒化物半導体であることが好ましい。

図１に示すように、この半導体発光素子１０の光取出面は、ｎ型半導体層１２ａにおける活性層１２ｂと接していない側の面である。半導体発光素子１０では光取出面を粗面にしている。ここでいう光取出面とは、樹脂層２０が形成される面である。このようにすると、光取り出し効率が向上し、光出力が増大する。なお、光取出面が粗面であるかどうかは、光取出面が樹脂層２０と光学部材３０との接合面よりも粗いか否かによって判断される。

粗面は、寸法及び形状が一定でない凹部又は凸部が形成されて成るものであってよいし、あるいは寸法及び形状が一定である凹部又は凸部がランダムに又は規則的に配置されて成るものであってよい。光取出面は好ましくは、算術平均粗さＲａが５０ｎｍを超えるような粗面であり、より好ましくは１５０ｎｍを超えるような粗面である。算術平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１－２００１に準拠して測定することができる。

ｎ側電極１３ａとｐ側電極１３ｂとは、図１中、半導体層１２の下側に、互いに電気的に接続しないよう、所定距離離間させている。すなわち、ｎ側電極１３ａとｐ側電極１３ｂは、それぞれが独立するように設けられている。ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂは、一般的な発光素子と同様に、金属電極材料から成るものとすることができ、金属電極材料は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒ及びＲｈなどから成る群より選択される少なくとも一つ、又はその合金である。ＩＴＯ等の導電性酸化物を含んでもよい。ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂはそれぞれ、単層、又は多層膜として形成されていてよい。ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂは、例えば、Ｃｕ単層又はＣｕ／Ｎｉ積層膜を下層とし、Ａｕ又はＡｕＳｎ合金を上層とする多層膜としてよい。ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂはそれぞれ、スパッタリング又は蒸着などにより形成することができる。

ｐ側電極１３ｂは、ｐ型半導体層１２ｃに電流を面内均一に拡散するための全面電極１３ｃを介して、ｐ型半導体層１２ｃと接続されるのが好ましい。そのため、全面電極１３ｃは、ｐ型半導体層１２ｃと電気的に良好に接続できるオーミック電極であるのが好ましい。なお、この全面電極１３ｃは半導体層にて発光した光を光取出面に向けて反射させる反射層としても機能する。したがって、この全面電極１３ｃは少なくとも活性層１２ｂで発光する光の波長に対して良好な反射率を有するもので形成するのが好ましい。そのような全面電極１３ｃは、例えば、光の反射率の高いＡｇ、又はその合金からなる単層膜であることが好ましく、あるいは前記Ａｇ又はその合金の膜が最下層であり、Ｎｉ及び／又はＴｉ等からなる膜が設けられた多層膜であることが好ましい。

特に、全面電極１３ｃとしてＡｇを用いる場合、全面電極１３ｃを覆うカバー電極１３ｄを設けるのが好ましい。加えて、カバー電極１３ｄは、全面電極１３ｃの上面及び側面を被覆して、全面電極１３ｃを遮蔽している。すなわち、カバー電極１３ｄは、全面電極１３ｃの材料、特にＡｇのマイグレーションを防止するためのバリア層として機能する。カバー電極１３ｄは、例えば、Ｔｉ、Ａｕ、Ｗ、Ａｌ、及びＣｕ等から成る群より選択される少なくとも一つの金属、又はその合金から成る。カバー電極１３ｄは、単層膜又は多層膜であってよい。具体的には、カバー電極１３ｄは、ＡｌＣｕ合金、又はＡｌＣｕＳｉ合金等から成る単層膜であってよく、あるいはそのような膜を含む多層膜であってよい。全面電極１３ｃとカバー電極１３ｄはそれぞれ、スパッタリング又は蒸着などにより形成することができる。

半導体発光素子１０としては、電極を有する側の露出した表面が、ｎ側電極１３ａとｐ側電極１３ｂを除いて保護層１４で被覆されているのが好ましい。前記した構成の半導体発光素子１０の場合、保護層１４は、具体的には、半導体層１２の表面及びカバー電極１３ｄの表面と、ｎ側電極１３ａの周縁と、ｐ側電極１３ｂの周縁に形成される。保護層１４は、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＭｇ等の酸化物、Ｓｉ窒化物、ＡｌＮ等の窒化物、ならびにフッ化マグネシウムＭｇＦ₂等から成る群より選択される少なくとも一つで形成するのが好ましい。なお、ここでいうＳｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、及びＭｇ等の酸化物としては、例えばＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、又はＭｇＯを用いることができ、Ｓｉ窒化物としては、例えばＳｉ₃Ｎ₄を用いることができる。これらの材料を用いる場合、保護層１４は、スパッタリング又は蒸着などによって形成することができる。

（樹脂層２０）
樹脂層２０は、半導体発光素子１０の光取出面上に設けられる。樹脂層２０は、光取出面の粗面を覆い、当該粗面が樹脂層２０の上面に現れない厚さで形成するのが好ましい。樹脂層２０の厚さは、例えば、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上５μｍ以下とする。前述の下限値以上にすることで光取出面の全域を確実に覆うことができ、前述の上限値以下にすることで平坦化が容易となり、光の横抜けを防止することができる。ここでいう厚さとは、半導体発光素子１０の光取出面における最上端から樹脂層２０の上面までの最短距離をさす。なお、樹脂層２０の上面は少なくとも粗面よりも平坦な面とする。

樹脂層２０は、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を含んで構成することができ、好ましくはシリコーン樹脂を用いる。シリコーン樹脂は、耐光性が強く、樹脂材料のなかでも低屈折率の樹脂材料であるため、樹脂層２０における全反射を抑制することができる。

半導体発光素子１０の側面は樹脂層２０から露出している。つまり、半導体発光素子１０の全側面には樹脂層２０が設けられていない。半導体発光素子１０の側面に樹脂層２０が形成されると、そこに光がとどまり光の損失につながるおそれがあるところ、樹脂層２０から半導体発光素子１０の側面を露出させることにより、これを抑制することができる。樹脂層２０は、光取出面の外周よりも外側の領域において、半導体発光素子１０の上端よりも上方に設けられるのが好ましい。つまり、断面図において、半導体発光素子１０の外周よりも外側の領域においては半導体発光素子１０の上端よりも下方に樹脂層２０が形成されていないことが好ましい。こうすることで、半導体発光素子１０からの光が光学部材３０に光が入りやすくなる。

樹脂層２０は、図２に示すように、光学部材３０近傍に金属元素２１を含んで構成されている。好ましくは、樹脂層２０は、光学部材３０近傍に金属酸化物を含んでいる。これにより、光学部材３０の屈折率と樹脂層２０の屈折率との間の屈折率を有する領域が形成されるので、樹脂層２０と光学部材３０の屈折率が異なる場合に、樹脂層２０と光学部材３０との界面におけるフレネル反射を抑制できると期待できる。特に、光学部材３０の屈折率が樹脂層２０の屈折率よりも高い場合にフレネル反射が生じやすいが、このような場合に、樹脂層２０よりも屈折率が高い金属酸化物（例えば粒子状に分散）が含有されると、樹脂層２０の一部が光学部材３０の屈折率に近くなるためフレネル反射を抑制できると考えられる。例えば、樹脂層２０としてシリコーン樹脂（屈折率ｎ＝約１．５）を用い、光学部材３０としてガラス中にＹＡＧを保持したＹＡＧ板（屈折率ｎ＝約１．８）を用いる場合に、界面近傍にＡｌ_２Ｏ_３（屈折率ｎ＝約１．７）を含む領域を設ける。これにより、屈折率のグラデーションができ、フレネル反射の抑制が期待できる。

樹脂層２０における金属元素２１は、例えば、樹脂層２０の上面（光出射面）と光学部材３０の下面とを原子拡散接合することにより設けることができる。原子拡散接合とは、接合対象である部材の表面それぞれに超高真空中で、例えば、Ａｌ等の薄い金属膜を形成し、それらの金属膜を真空中で重ね合わせて接合する方法である。なお、ここでいう接合対象である部材の表面とは、接合後に接合面となる表面をさす。超高真空中で樹脂層２０と光学部材３０とにそれぞれ金属膜を形成し、金属膜同士を接合することで、金属元素２１が樹脂に拡散及び酸化し、樹脂層２０の光学部材３０近傍に金属酸化物を含む領域を形成することができると考えられる。

金属元素２１としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ又はＣｒを含むことができる。中でも、光学損失の低下、樹脂との密着力の向上、各部材との屈折率差等を考慮すると、Ａｌを用いるのが好ましい。また、樹脂層２０の光学部材３０近傍に前述の金属元素２１が酸化された金属酸化物を含むことができる。つまり、樹脂層２０の光学部材３０近傍に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化タンタル、又は酸化クロムを含むことができる。本実施形態では、樹脂層２０の屈折率は金属酸化物の屈折率よりも低く、金属元素２１を含む領域における屈折率は光学部材３０の屈折率よりも低い。これにより、樹脂層２０の屈折率と光学部材３０の屈折率との間の屈折率の材料を含む領域を設けることができると考えられる。

樹脂層２０において、金属元素２１の濃度は半導体発光素子１０側よりも光学部材３０側を高くすることができる。これにより、樹脂層２０と光学部材３０との界面におけるフレネル反射を抑制できると考えられる。また、樹脂層２０は、光学部材３０側から半導体発光素子１０側に向かうにつれて濃度が低くなるようにするのが好ましい。これにより屈折率のグラデーションができるため、フレネル反射を抑制できると考えられる。

（光学部材３０）
光学部材３０は、前記したように、樹脂層２０の上面側に設けられる。光学部材３０は、樹脂層２０の光出射面から出射された光に所定の作用を及ぼす機能を有する。そのような光学部材３０として、例えば、蛍光体含有板、サファイア基板、ＧａＮ基板、ガラス及び樹脂板が挙げられるがこれに限定されるものではない。光学部材３０の材料は、半導体発光素子１０からの光に対して透光性を有する限り、特に限定されない。また、光学部材３０は、レンズとすることもできる。

光学部材３０として蛍光体含有板を用いる場合、光学部材３０には蛍光体が含まれる。蛍光体は、半導体発光素子１０から取り出した光の少なくとも一部を吸収し、その波長を変換して、異なる波長の光を発する。半導体発光素子１０からの光の色と蛍光体からの光の色とを組み合わせた色が、発光装置から発せられる光の色となるので、所望の色調の光が得られるように蛍光体等が選択される。蛍光体は、一般的に用いられる酸化物、窒化物、及び酸窒化物等から成る群より選択される少なくとも一つであってよい。そのような蛍光体として、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）をＣｅ等で賦活したＹＡＧ系蛍光体、ならびにＥｕ及びＣｅ等のランタノイド系元素で賦活した窒化物系蛍光体及び酸窒化物系蛍光体等が挙げられる。蛍光体板は、蛍光体と一体に焼結して形成されたガラス等の無機材料から成るものであってよい。

光学部材３０としてサファイア基板を用いる場合、サファイアを平板状部材として使用してよく、光学部材３０としてＧａＮ基板を用いる場合、ＧａＮ基板を平板状部材として使用してよい。これらの基板を樹脂層２０上に接合すると、発光装置１００の光伝播層の厚さを増加させることができる。それにより、発光装置１００内での光多重反射の反射回数を低減することができ、光閉じ込め及び光吸収を抑制することができる。光学部材３０の屈折率は、樹脂層２０における金属酸化物の屈折率と同程度であるか、同一とするのが好ましい。例えば、光学部材３０の屈折率差が０．３以上になると、より多くの光が吸収される傾向にあるので、光の取り出し効率を向上させることが困難となる場合がある。

光学部材３０をレンズとする場合、レンズは、サファイア、ＧａＮ、ガラス、又は樹脂などで形成されたものであってよい。光学部材３０としてレンズを用いることにより、光を屈折させて、集束又は拡散させることができる。レンズは凸レンズとすることも、凹レンズとすることもできる。

以上に説明した構成の発光装置１００は、ｎ側電極１３ａ及びｎ型半導体層１２ａから注入された電子と、ｐ側電極１３ｂ及びｐ型半導体層１２ｃから注入された正孔とが、活性層１２ｂで再結合することにより発光することができる。半導体発光素子１０は光取出面を有しており、ここから発光した光を取り出すことができる。半導体発光素子１０の光取出面から取り出された光は樹脂層２０内を伝播し、反対側の樹脂層２０の光出射面から出射される。光出射面から出射された光は光学部材３０に入射した後、発光装置１００外に出射される。

〔発光装置１００の製造方法〕
次に、図１及び図６～図１６を参照して本実施形態に係る発光装置１００の製造方法（以下、単に「製造方法」ということもある。）について説明する。本実施形態に係る製造方法は、光取出面が粗面である半導体発光素子１０を準備する工程と、半導体発光素子１０の光取出面上に樹脂を塗布し、硬化して樹脂層２０を形成する工程と、第１金属膜４１が下面に形成された光学部材３０を準備する工程と、樹脂層２０の上面に第２金属膜４２を形成する工程と、第１金属膜４１と第２金属膜４２とを向かい合わせて荷重することにより原子拡散接合する工程と、を含む。

これにより、樹脂垂れ等による光の損失を抑制した発光装置を生産性良く製造することができる。以下に詳細に説明する。

従来の発光装置の製造方法では、半導体発光素子と光学部材とを接着剤を挟んで押圧するため、接着剤が溢れて半導体発光素子の側面に付着するおそれがある。なお、ここでいう接着剤とは例えば未硬化の樹脂である。しかしながら本実施形態によれば、半導体発光素子１０の光取出面に樹脂を形成して硬化させた後に、樹脂層２０と光学部材３０とを原子拡散接合により接合している。これにより、押圧しても接合時の樹脂垂れ等が起こることがないため、半導体発光素子１０の側面への付着を抑制できる。また、原子拡散接合の接合面は平坦である必要があるため、研磨等により接合面を平坦化する必要がある。しかしながら、本実施形態では樹脂を用いることで樹脂層２０の上面を平坦に形成することが容易にできるため、接合面を平坦化する工程が不要となり、生産性が向上する。なお、ここでいう樹脂層２０の上面とは、光学部材３０と接合される面をさす。

本実施形態においては半導体発光素子１０を準備する工程において、支持基板６０貼合工程と、成長基板１１剥離工程と、研磨工程と、粗面化工程と、を行う。また、原子拡散接合する工程に続けて、支持基板６０剥離工程と、複数の発光装置１００に個片化する工程と、を行う。ここで、図６～図１０は半導体発光素子１０を準備する工程を図示している。また、図１１～図１４は樹脂層２０を形成する工程から原子拡散接合する工程までを図示している。さらに、図１５は支持基板６０剥離工程を図示し、図１６は発光装置１００に個片化する工程を図示している。以下、図１とともにこれら図６～図１６を適宜参照して製造方法のより詳細で、好適な実施形態について順に説明する。

（半導体発光素子１０準備工程）
まず、光取出面が粗面である半導体発光素子１０を準備する。詳細には、図６に示すように、成長基板１１上にｎ型半導体層１２ａ、活性層１２ｂ、ｐ型半導体層１２ｃをこの順で積層し、これに所定の電極を形成する。このとき、図６を参照して具体的に説明すると、成長基板１１上にｎ型半導体層１２ａ、活性層１２ｂ及びｐ型半導体層１２ｃが順次積層される。これに続けて、フォトリソグラフィとエッチングとを行い、ｐ型半導体層１２ｃ、活性層１２ｂ、及びｎ型半導体層１２ａの一部を除去し、ｎ側電極１３ａを形成する位置でｎ型半導体層１２ａを露出させるとともに、分離溝を形成する。そして、露出したｎ型半導体層１２ａの底面にｎ側電極１３ａを形成する。ｐ側電極１３ｂは、ｐ型半導体層１２ｃ上の所定の位置に形成する。なお、保護層１４もこの工程で設けるのが好ましい。成長基板１１としては、サファイア基板などを好適に用いることができる。また、この時点で半導体発光素子１０の諸特性を測定しておくのが好ましい。こうすることで、光学部材３０として蛍光体板を用いる際に、半導体発光素子１０からの光の波長に合わせた蛍光体板を選択することができる。

次いで、図７に示すように、ｎ側電極１３ａとｐ側電極１３ｂを形成した側に、接着樹脂５０等を用いて支持基板６０を貼り合せる。支持基板６０としては、例えば、サファイアを用いることができる。接着樹脂５０は、好ましくは、ウエット処理（ウエットエッチング）で除去でき、高い温度に対して、また酸及びアルカリに対して高い耐性を有するものである。そのような樹脂としては、例えばポリイミド系樹脂が挙げられる。なお、図６ではｎ型半導体層１２ａ側が下になるように図示しているが、図７～１６では図６から１８０度回転させて便宜的にｎ型半導体層１２ａ側が上になるように図示している。

次に、図８に示すように、半導体層１２から成長基板１１を剥離する。成長基板１１は、成長基板１１側からｎ型半導体層１２ａを形成する材料（例えばＧａＮなど）が吸収する波長のレーザを照射する方法（レーザリフトオフ（ＬＬＯ））により剥離してよい。本実施形態に係る発光装置１００は成長基板１１を有しない構成であるので成長基板１１の側面から出射される光（青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合はブルーライト）による色むらの影響への対策が不要になる。なお、半導体発光素子１０として、成長基板１１を粗面化した半導体発光素子１０を用いる場合は、この工程は不要となる。

次に、図９に示すように、成長基板１１の剥離により露出した半導体層１２の剥離面を研磨する。本実施形態において、研磨は、形成した分離溝にて半導体層１２を分離するために実施される。研磨は、研磨により分離溝の底が除去されるように実施される。かかる研磨は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、あるいは機械研磨又は研削により行うことができる。良好な平坦面を得ることができるという理由から、ＣＭＰ法が好ましい。なお、製造した発光装置１００を紫外ＬＥＤとして用いる場合はこの研磨工程において紫外線を吸収してしまうｎ型半導体層１２ａの成長初期の層を除去するのが好ましい。なお、研磨は必須ではない。研磨を実施することで粗面化工程において一定の精度で粗面を形成することができ、配光を制御しやすくなるが、剥離面が比較的平坦な面である場合は研磨を実施しなくともよい。また、基板剥離工程と粗面化工程を分けることで一定の精度で粗面を形成することができるため好ましいが、成長基板１１を除去した面が粗面であれば、研磨及び粗面化工程を経ずに基板除去面に直接樹脂層２０を形成することもできる。

また、前記した成長基板１１剥離工程を終えた段階では、隣り合う半導体発光素子１０同士の間が接着樹脂５０で繋がっているが、分離が必要な場合は、この研磨工程を終えた後に分離してよい。ハンドリング性を考慮すると、原子拡散接合する工程よりも後の工程までは隣り合う半導体発光素子１０同士の間が接着樹脂５０で繋がっているのが好ましい。分離はドライエッチングやウエットエッチングによって行うことができる。以上の各工程を行った場合、後記する粗面化工程において、研磨した剥離面を粗面化することになる。

次に、図１０に示すように、半導体発光素子１０の光取出面を粗面化する。なお、本実施形態では平坦化された光取出面に対して所定の処理を行うが、成長基板１１を粗面化することもできる。なお、ここでいう光取出面とは研磨された半導体層１２の剥離面をさす。所定の処理は、例えば、アルカリ溶液を用いたウエット処理（ウエットエッチング）などである。この処理により、半導体発光素子１０の光取出面を自己組織的に荒らすことができる。なお、粗面化処理はこれらに限定されるものではなく、例えば、グラインダ及び／又はポリッシャを用いた処理であってよい。あるいは、フォトリソグラフィ及びエッチング等により、ドットパターン又はラインアンドスペースパターンを形成する工程であってよい。あるいはまた、ドットパターン又はラインアンドスペースパターンの形成と、ウエット処理又はドライ処理とを併用する工程であってよい。以上の工程により、支持基板６０上に複数の半導体発光素子１０が設けられたウエハを準備することができる。

（樹脂層２０形成工程）
次に、図１１に示すように、半導体発光素子１０の光取出面上に樹脂を塗布し、硬化して樹脂層２０を形成する。樹脂は、公知の方法により塗布することができる。例えば、スピンコート法やスプレー塗布法等を用いることができるが、好ましくはスピンコート法により形成する。これにより、樹脂の上面を平坦に形成しやすくなり、生産性を向上させることができる。

次に、樹脂を所定の温度および時間で加熱して硬化させて樹脂層２０を形成する。樹脂を硬化する温度は材料により異なるが、例えばシリコーン樹脂の場合は、１５０℃以上２００℃以下が好ましい。こうすることで、熱により半導体発光素子１０の特性が損なわれるのを抑制することができる。なお、一般的に原子拡散接合を好適に行うためには、接合面が平坦であることを要する。接合面の平坦性が不十分であると、原子拡散接合してもその界面にボイド（つまり、屈折率の低い空気の層）が生じ、ボイドで光の全反射等が生じて、光の取出し効率が低下する。しかしながら、本実施形態では、接合面の一方の部材として樹脂を用いている。これにより、原子拡散接合のために通常必要であると考えられているほどの平坦性がなくとも（例えば算術平均粗さが１ｎｍ以上であっても）、ボイドの発生を抑制しやすくなり、樹脂層２０と光学部材３０との接合面を平坦な面としやすくなる。なお、算術平均粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１－２００１に準拠して測定することができる。

なお、樹脂層２０を形成する工程の後に、支持基板６０上に設けられ接着樹脂５０で繋がった複数の半導体発光素子１０を、接着樹脂５０と支持基板６０を切断することで複数の半導体発光素子１０が完全に分離した状態としてもよい。これにより、図４に示す発光装置のように、半導体発光素子１０の上面の面積と異なる面積の光学部材３０を接合しやすくなる。分離は、例えば、スクライブ又はダイシングによって行うことができる。

（光学部材３０準備工程）
次に、図１２に示すように、第１金属膜４１が下面に形成された光学部材３０を準備する。なお、図１２においては、便宜的に第１金属膜４１を一定の膜厚で図示している。光学部材３０の樹脂層２０と接合される表面が平坦面でない場合は、第１金属膜４１を形成する前に平坦化しておくのが好ましい。ここでいう、光学部材３０の樹脂層２０と接合される表面とは光学部材３０の下面をさす。光学部材３０の下面が十分に平坦である場合は、下面を平坦化する処理は必要ない。なお、光学部材３０の下面の算術平均粗さＲａは１ｎｍ以下であるのが好ましく、したがって平坦化処理を実施する場合にはＲａが１ｎｍ以下となるように実施するのが好ましい。光学部材３０の上面は粗面化処理又は平坦化処理に付されていてよく、あるいはそれらの処理に付されていなくてもよい。光学部材３０の上面が粗面化されていれば光の全反射等を抑制することができるため、光の取り出し効率を向上させることが可能である。なお、第１金属膜４１を形成する前の光学部材３０は、いつ準備してもよい。例えば、半導体発光素子１０を準備する工程の前に準備しておくこともできる。第１金属膜４１は半導体発光素子１０を準備する工程の前に形成することもできるが、超高真空を維持する必要があることから第２金属膜４２を形成する際にまとめて成膜装置内に搬入して形成するのが好ましい。

第１金属膜４１は超高真空中で形成される。第１金属膜４１を形成する方法は、比較的短い時間で形成可能なスパッタ法を用いるのが好ましいが、スパッタ法以外にも、真空蒸着法により形成してもよい。

第１金属膜４１は、光の吸収を抑制できる程度に薄く形成する。例えば、第１金属膜４１は、好ましくは成膜速度換算で０．０５ｎｍ以上５ｎｍ以下、より好ましくは成膜速度換算で０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下の膜厚で形成することができる。前記下限値以上の膜厚で形成することで、原子拡散接合により確実に樹脂層２０と光学部材３０とを接合することができ、前記上限値以下の範囲にすることで金属膜における光の吸収を抑制することができる。なお、本明細書でいう「成膜速度換算」について以下に説明する。まず、一平面を有する基台上に所定の時間だけ反応させることにより第１金属膜４１を形成する。次に、実際に行った反応時間と実際に得られた第１金属膜４１の膜厚との関係に基づいて、所望の膜厚の第１金属膜４１を得るためにはどのくらいの時間の反応が必要かを決定する。そして、実際にその時間だけ反応させた場合は、その反応時間に対応する所望の膜厚の第１金属膜４１が得られるものを成膜速度換算で形成した膜厚と想定している。つまり、反応時間から想定される膜厚を成膜速度換算で形成した膜厚としている。前述の範囲は、１原子よりも小さな値も含んでいるが、この場合は第１金属膜４１が膜になっておらず島状に形成されている。したがって、実際の膜厚が前述の膜厚範囲に含まれていなくても、成膜速度換算で前述の膜厚範囲で形成されていれば本発明の範囲内とする。なお、ここでは第１金属膜４１を用いて説明しているが、第２金属膜４２についても同様である。

（第２金属膜４２形成工程）
次に、図１３に示すように樹脂層２０の上面に第２金属膜４２を形成する。図１３においては、便宜的に第２金属膜４２を一定の膜厚で図示している。第２金属膜４２は第１金属膜４１と同様の方法により形成することができる。なお、第２金属膜４２の膜厚は第１金属膜４１と同じ膜厚にすることもできるが、異なる膜厚にすることもできる。なお、光学部材３０への第１金属膜４１の形成と樹脂層２０への第２金属膜４２の形成は、光学部材３０と樹脂層２０が設けられた半導体発光素子１０とをともに成膜装置内に搬入し、第１金属膜４１と第２金属膜４２とを形成するのが好ましい。このとき第１金属膜４１と第２金属膜４２とを順に形成してもよいし、同時に形成してもよい。これにより、不純物の混入や化学反応が起こるのを抑制することができる。

（原子拡散接合工程）
次に、図１４に示すように、第１金属膜４１と第２金属膜４２とを向かい合わせて荷重することにより原子拡散接合する。具体的には、光学部材３０の下面に設けられた第１金属膜４１と樹脂層２０の上面に設けられた第２金属膜４２とを原子拡散接合法により接合する。このプロセスにより、半導体発光素子１０／樹脂層２０／光学部材３０という構成を有する発光装置１００を得ることができる。なお、本実施形態においては接合する部材の一方に樹脂を用いているため硬化後も柔らかい。このため、樹脂層２０の原子拡散接合のために通常必要であると考えられているほどの平坦性がなくとも、第１金属膜４１と第２金属膜４２とを荷重することで接合できる。

（支持基板６０剥離工程）
次に、図１５に示すように、光学部材３０が接合された半導体発光素子１０から、接着樹脂５０とともに支持基板６０を剥離する。支持基板６０の剥離は、用いた接着樹脂５０に応じて適切な方法により行うことができる。なお、支持基板６０剥離工程は製造プロセスにおいて他のタイミングで行うこともできるが、製造途中の半導体発光素子１０の強度及びハンドリング性を考慮すると、原子拡散接合工程の後であって個片化工程の前に行うのが好ましい。

（個片化工程）
次に、図１６に示すように、ウエハを複数の発光装置１００に個片化する。個片化はスクライブやダイシングによって行うことができる。半導体発光素子１０のチップ化が例えば光学部材３０を接合する工程の前に実施されている場合は、発光装置に個片化する工程においては、光学部材３０のみが分離されることとなる。

（その他の工程）
なお、原子拡散接合する工程の後に、発光装置１００を加熱する工程を含んでいてもよい。これにより、金属元素２１の拡散及び酸化を促進することができる。このとき、加熱温度は、好ましくは５０℃以上４５０℃以下、より好ましくは５０℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１００℃以上１７０℃以下とすることができる。前述の下限値以上とすることで拡散及び酸化を促進しやすくなり、前述の上限値以下とすることで樹脂２０等の劣化を抑制することができる。

以上に説明した本実施形態に係る製造方法によれば、樹脂垂れ等による光の損失を抑制した発光装置を生産性良く製造することができる。

＜第２実施形態＞
図３に本実施形態に係る発光装置２００の概略断面図を示す。発光装置２００は、樹脂層２０の上面側に、２つの光学部材３０を積層している。発光装置２００は、樹脂層２０の上面に樹脂板（以下、「第１光学部材３１」ともいう。）を接合し、さらにその上に平板状の蛍光体板（以下、「第２光学部材３２」ともいう。）を接合している。この発光装置２００によれば、樹脂層２０に接合する対象物が平坦面を形成しにくい材料であっても接合することができる。例えば、ガラス等の無機材料中に蛍光体を含む蛍光体板のように、均質でない材料を用いて形成されている場合は、ＣＭＰ法などによっても表面の算術平均粗さＲａを１ｎｍ以下とするのは困難な場合がある。これは、材料中の成分によって研磨レートが異なるためである。本実施形態によれば、蛍光体板である第２光学部材３２の下面に第１光学部材３１を形成しているため、平坦面を形成することができ、接合が可能となる。

本実施形態における第１光学部材３１は、第２光学部材３２の下面に樹脂を塗布して硬化することで形成することができる。なお、第１光学部材３１に用いる樹脂の材料や塗布する方法については、樹脂層２０と同様の構成を採用することができる。なお、本実施形態では、樹脂層２０だけでなく第１光学部材３１においても、金属元素２１が拡散及び酸化すると考えられる。

＜第３実施形態＞
図４に、本実施形態に係る発光装置３００の概略断面図を示す。発光装置３００は、樹脂層２０の上面側に、光学部材３０としてレンズを接合している。この発光装置３００によれば、半導体発光素子１０からの光をレンズによって集束又は拡散させることができる。

＜第４実施形態＞
図５に、本実施形態に係る発光装置の概略断面図を示す。本実施形態に係る発光装置は、例えば、液晶ディスプレイのバックライト、フルカラー表示の屋外ディスプレイ、玩具、一般照明、及び光通信用の光源などとして用いられる発光装置の一態様である。以下の説明では、説明の便宜のため本実施形態に係る発光装置を「光源装置１０００」という。

図５に示すように、光源装置１０００は、実装基板８０に実装された発光装置１００と、この発光装置１００を封止する封止部材９０と、を備えている。なお、図５においては、図１を参照して説明した発光装置１００と同じ構成を採用しているが、第２実施形態又は第３実施形態に記載の発光装置を採用してもよいことは言うまでもない。

実装基板８０への発光装置１００の実装は、発光装置１００の電極（ｎ側電極１３ａ及びｐ側電極１３ｂ）を、バンプ７０を介して実装基板８０の配線８１に接続することで行われる。

実装基板８０は、半導体発光素子１０を実装させるために用いられている一般的なものであってよく、半導体発光素子１０を実装できるものであれば特に限定されない。

封止部材９０は、例えば、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂などの樹脂材料、ならびにガラスなどの無機材料から選択される材料で形成してよい。封止方法は特に限定されるものではない。例えば、金型を用いた圧縮成形法又はトランスファー成形法を用いて、封止部材９０を形成することができる。あるいは、実装基板８０の任意の部分（例えば外縁）に土手を設け、適度な粘性を有する封止部材９０の材料を滴下するポッティング法を用いることもできる。封止部材９０は、発光装置１００が発する光に対して透明であることが好ましく、必要に応じて、光拡散部材、熱伝導部材、又は発光波長を変換するための蛍光体などを含んでよい。バンプ７０は、例えば、Ａｕバンプ、半田バンプ、及びＣｕピラーバンプなどのめっきバンプ、Ａｕスタッドバンプ、又は半田印刷などであってよい。

以上に説明したように、本実施形態に係る光源装置１０００は、各実施形態に記載した発光装置を備えている。これらの発光装置においては、半導体発光素子１０の側面が樹脂層２０から露出しているため、半導体発光素子１０からの光が所望の領域以外に（例えば半導体発光素子１０の側面等）向かうことで起こりうる光取出しの損失を低減することができる。そのため、これらの発光装置を用いた光源装置１０００においてもまた、光の取り出し効率を向上させることができる。

本明細書に記載された発光装置及びその製造方法は、可視光を発するＬＥＤ、紫外線を発するＬＥＤなどを備えた発光装置及びその製造方法に適用することができ、これらの発光装置は、照明装置、殺菌装置、自動車用ヘッドライト、ディスプレイ、及びサイン広告の機器などに用いることができる。

１００、２００、３００…発光装置
１０…半導体発光素子
１１…成長基板
１２…半導体層
１２ａ…ｎ型半導体層
１２ｂ…活性層
１２ｃ…ｐ型半導体層
１３ａ…ｎ側電極
１３ｂ…ｐ側電極
１３ｃ…全面電極
１３ｄ…カバー電極
１４…保護層
２０…樹脂層
２１…金属元素
３０…光学部材
３１…第１光学部材
３２…第２光学部材
４１…第１金属膜
４２…第２金属膜
５０…接着樹脂
６０…支持基板
７０…バンプ
８０…実装基板
８１…配線
９０…封止部材
１０００…光源装置（発光装置）

Claims (13)

1. 光取出面が粗面であり、ｎ側電極およびｐ側電極を含み、前記ｎ側電極および前記ｐ側電極が設けられた面とは反対側の面を前記光取出面とする半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子の光取出面上に設けられた樹脂層と、
   前記樹脂層の上面側に設けられた光学部材と、を備え、
   前記樹脂層は、前記光学部材近傍に金属元素を含んで構成され、
   前記半導体発光素子の側面は前記樹脂層から露出しており、
   前記光学部材は、第１光学部材と前記第１光学部材と接合する第２光学部材とを含み、
   前記第１光学部材は樹脂板であり、
   前記第１光学部材は、前記樹脂層の上面に設けられ、前記第２光学部材は前記第１光学部材の前記樹脂層が設けられた面とは反対側の面に設けられ、
   前記第１光学部材は、前記樹脂層近傍に前記金属元素を含み、
   前記半導体発光素子の前記光取出面は、半導体層または成長基板であることを特徴とする発光装置。
2. 前記樹脂層において、前記金属元素の濃度は前記半導体発光素子側よりも前記光学部材側が高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記金属元素は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ又はＣｒを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記樹脂層は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記樹脂層は、前記光学部材近傍に前記金属元素が酸化された金属酸化物を含み、
   前記第１光学部材は、前記樹脂層近傍に前記金属元素が酸化された金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化タンタル、又は酸化クロムのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記光学部材と前記金属酸化物の屈折率差が０．３未満であることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか１つに記載の発光装置。
8. 前記粗面の算術平均粗さが５０ｎｍを超えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の発光装置。
9. 前記樹脂層と対向する前記第１光学部材の表面の算術平均粗さが１ｎｍ以下である、請求項１から８のいずれか１つに記載の発光装置。
10. 前記第２光学部材は蛍光体板であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の発光装置。
11. 前記蛍光体板は、蛍光体と、前記蛍光体とは化学機械研磨法による研磨レートが異なる無機材料とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
12. 前記半導体発光素子は、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層をこの順に備え、
    前記半導体発光素子の光取出面は前記ｎ型半導体層であり、
    前記ｎ型半導体層の前記光取出面に前記第１光学部材が設けられる請求項１から１１のいずれか１つに記載の発光装置。
13. 前記樹脂層の前記上面は、前記光取出面の粗面よりも平坦である、請求項１から１２のいずれか１つに記載の発光装置。

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