JP7227476B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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は高輝度化が進み、一般照明や車載用途等の光源として広く用いられている。そして、用途が拡大されるにつれさらなる高輝度化が求められている。特許文献１には、単位面積当たりの発光効率を高めるために複数の発光ダイオードチップを縦に重ね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、発光ダイオードチップごとに正又は負の一方の電極を設けているために、発光ダイオードチップごとに一方の電極を形成する領域を確保する必要があり、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲が小さくなるという課題がある。
また、例えば、青色光を発する活性層を有する複数の発光ダイオードを重ねた場合、青色光の波長帯における発光強度が高くなり、波長変換部材を用いて発光装置から白色光を取り出すときに演色性が悪化するおそれがある。
そこで、本発明は、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、取り出される光の発光スペクトルの半値幅が広い発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る一実施形態の発光装置は、基板と、前記基板上に設けられ、第１導電型の第１半導体層と、第１活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を前記基板側から順に含む第１発光部と、前記第１発光部の上方に設けられ、前記第１導電型の第３半導体層と、第２活性層と、前記第２導電型の第４半導体層と、を前記第１発光部側から順に含む第２発光部と、前記第２半導体層の上面に設けられた第１透光性導電膜と、前記第３半導体層の下面に設けられた第２透光性導電膜と、前記第１透光性導電膜と前記第２透光性導電膜との間に設けられ、前記第１発光部と前記第２発光部とを電気的に接続する導電性部材と、を有している。そして、前記導電性部材は、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光のピーク波長である光を発するとともに、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する。
また、本発明に係る一実施形態の発光装置の製造方法は、第１基板と、前記第１基板上に、第１導電型の第１半導体層と、第１活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を前記第１基板側から順に含む第１発光部と、を備える第１ウエハを準備する第１ウエハ準備工程と、第２基板と、前記第２基板上に、前記第２導電型の第４半導体層と、第２活性層と、前記第１導電型の第３半導体層と、を前記第２基板側から順に含む第２発光部と、を備える第２ウエハを準備する第２ウエハ準備工程と、前記第１ウエハの表面に露出した前記第２半導体層上に、前記第２半導体層と電気的に接続された第１透光性導電膜と、前記第１透光性導電膜上に設けられた第１導電性部材と、を形成する第１形成工程と、前記第２ウエハの前記第３半導体層上に、前記第３半導体層と電気的に接続された第２透光性導電膜と、前記第２透光性導電膜上に設けられた第２導電性部材と、を形成する第２形成工程と、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とにより接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記第２ウエハの前記第２基板を除去し、前記第４半導体層を露出させる露出工程と、を備えている。そして、前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材は、前記活性層からの光のピーク波長である光を発するとともに、前記活性層からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する。
以上のように構成された本発明の一実施形態に係る発光装置によれば、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅を広くすることができる。
また本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅が広い発光装置を容易に製造することができる。
また本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、複数の発光部が重ねられた発光装置において、単位面積当たりにおける活性層の形成範囲を大きくしつつ、発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅が広い発光装置を容易に製造することができる。
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。
図１は、本発明の一実施形態の発光装置の構成を示す断面図である。
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、基板７上に、第１発光部１と、第１発光部１の上方に設けられた第２発光部２とが形成されている。第１発光部１は、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を基板７側から順に含んでいる。第２発光部２は、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を第１発光部１側から順に含んでいる。第１発光部１と第２発光部２との間には、第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられている。第１発光部１からの光は、第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ、及び導電性部材５を介して第２発光部２の第４半導体層２３側から出射される。その結果、第１活性層１２及び第２活性層２２から光と、導電性部材５からの光とが発光装置から取り出され、発光装置から取り出される光は第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する。
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、基板７上に、第１発光部１と、第１発光部１の上方に設けられた第２発光部２とが形成されている。第１発光部１は、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を基板７側から順に含んでいる。第２発光部２は、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を第１発光部１側から順に含んでいる。第１発光部１と第２発光部２との間には、第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられている。第１発光部１からの光は、第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ、及び導電性部材５を介して第２発光部２の第４半導体層２３側から出射される。その結果、第１活性層１２及び第２活性層２２から光と、導電性部材５からの光とが発光装置から取り出され、発光装置から取り出される光は第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する。
本実施形態の発光装置において、第１発光部１は基板７上に金属層６により接合されており、第１発光部１と金属層６の間には、第１発光部１の第１半導体層１１に接続された第２電極３２が設けられている。これにより、例えば、基板７として導電性を有する基板７を用いることによって、本実施形態の発光装置は基板７を介して第１発光部１に給電することが可能になる。本実施形態の発光装置において、図１に示すように、第２発光部２の第４半導体層２３の上面には、第１電極３１が設けられている。また、上述したように、第１発光部１と第２発光部２の間には第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ、及び導電性部材５が設けられているので、第１発光部１と第２発光部２は電気的に接続されている。以上のように、第１電極３１と第２電極３２間に直列に第１発光部１と第２発光部２が接続され、第１電極３１と第２電極３２間に電圧を印加することにより第１発光部１及び第２発光部２を発光させることができる。
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。
＜基板７＞
基板７としては、Ｓｉ、ＣｕＷ、Ｍｏ等からなる基板を用いることができる。基板７にシリコンからなる基板を用いる場合には、電気抵抗が小さいことが好ましい。例えば、Ｓｉからなる基板にホウ素等をドープすることで低抵抗化してもよい。また、基板７にシリコンからなる基板を用いることで、後述する切断工程において、ウエハを容易に割断することが可能となり生産性を向上させることができる。
基板７としては、Ｓｉ、ＣｕＷ、Ｍｏ等からなる基板を用いることができる。基板７にシリコンからなる基板を用いる場合には、電気抵抗が小さいことが好ましい。例えば、Ｓｉからなる基板にホウ素等をドープすることで低抵抗化してもよい。また、基板７にシリコンからなる基板を用いることで、後述する切断工程において、ウエハを容易に割断することが可能となり生産性を向上させることができる。
＜第１発光部１、第２発光部２＞
第１発光部１は、基板７側から順に、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を含む。第２発光部２は、第１発光部１と同様に、第１発光部側から順に、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を含む。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。
第１発光部１は、基板７側から順に、第１導電型の第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層１３と、を含む。第２発光部２は、第１発光部１と同様に、第１発光部側から順に、第１導電型の第３半導体層２１と、第２活性層２２と、第２導電型の第４半導体層２３と、を含む。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。
第１発光部１及び第２発光部２を構成する半導体材料としては、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））の積層半導体等を用いることができる。この積層半導体は、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、第３半導体層２１、及び第４半導体層２３は、それぞれ単一の層で構成されていてもよいし、複数の層を含んだ積層構造で構成されていてもよい。また、第１半導体層１１及び第３半導体層２１は、第１導電型ではない層、例えば、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよく、第２半導体層１３及び第４半導体層２３は、第２導電型ではない層、アンドープの半導体層を一部に含んでいてもよい。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又は第２導電型の不純物を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。
また、第１活性層１２及び第２活性層２２は、単一又は多重量子井戸構造であってもよい。また、第１活性層１２及び第２活性層２２は略同じ発光ピーク波長を有する。第１活性層１２及び第２活性層２２の発光ピーク波長はそれぞれ、例えば、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。第１活性層１２及び第２活性層２２は、例えば、半値幅が１５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である発光スペクトルの光を発する。
第１発光部１の第２半導体層１３の上面には、凹凸構造が形成されていることが好ましい。後述するように、この第２半導体層１３の上面とは第１透光性導電膜４ａとの界面である。この凹凸構造により、第１発光部１から第２発光部２に向かう光を散乱させ取り出しやすくすることができる。第２発光部２の第３半導体層２１の下面には、凹凸構造が形成されていることが好ましい。この凹凸構造により、第１発光部１から第２発光部２に向かう光を散乱させ取り出しやすくすることができる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
＜第１透光性導電膜４ａ、第２透光性導電膜４ｂ＞
第１透光性導電膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３の上面に設けられている。第２透光性導電膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１の下面に設けられている。第１透光性導電膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３とオーミック接触するための電極として機能する。第２透光性導電膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１とオーミック接触するための電極として機能する。
第１透光性導電膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３の上面に設けられている。第２透光性導電膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１の下面に設けられている。第１透光性導電膜４ａは、第１発光部１の第２半導体層１３とオーミック接触するための電極として機能する。第２透光性導電膜４ｂは、第２発光部２の第３半導体層２１とオーミック接触するための電極として機能する。
凹凸構造が形成された第２半導体層１３の表面に第１透光性導電膜４ａを形成する場合には、第１透光性導電膜４ａの表面に第２半導体層１３の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成されていることが好ましい。同様に、凹凸構造が形成された第３半導体層２１の表面に第２透光性導電膜４ｂを形成する場合には、第２透光性導電膜４ｂの表面に第３半導体層２１の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成されていることが好ましい。第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂの表面に凹凸構造が形成されていることで、第１発光部１から第２発光部２に向かう光が、第１透光性導電膜４ａと導電性部材５との界面、または第２透光性導電膜４ｂと導電性部材５との界面で散乱される。そのため、第１発光部１から第２発光部２に向かう光のうち第１発光部１側に反射される光を低減し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂを構成する材料としては、高い透光性及び導電性を備えるものを用いることが好ましい。第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂには、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの金属酸化物を用いることができる。本実施形態において、第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂには、第１発光部１及び第２発光部２からの光の波長を透過する部材を用いることが好ましい。これにより、第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂにより第１発光部１及び第２発光部２からの光が吸収されることを抑制し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂは、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
第１透光性導電膜４ａの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。また、第２透光性導電膜４ｂの膜厚は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂの膜厚を１０ｎｍ以上とすることで、半導体層とのオーミック接触を確保しやすくできる。第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂの膜厚を１０００ｎｍ以下とすることで、第１透光性導電膜４ａ及び第２透光性導電膜４ｂによる光吸収を低減させることができる。
＜導電性部材５＞
導電性部材５は、第１透光性導電膜４ａと第２透光性導電膜４ｂとの間に設けられ、第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する。導電性部材５は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光のピーク波長である光を発するとともに、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する。第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する導電性部材５からの光により、発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の半値幅よりも広くなる。ここで、例えば、青色光を発する活性層を有する複数の発光部を重ねた発光装置の場合、青色光の波長帯における発光強度が高くなりやすい。このような発光装置と、黄色光を発する波長変換部材とを組み合わせて白色光を取り出す場合に、取り出される光が一部の波長帯に偏った発光スペクトルとなりやすいため、白色光の演色性が悪化するおそれがある。本実施形態によれば、発光装置に蛍光体を含む波長変換部材を組み合わせて光を取り出す場合などにおいて、演色性に優れた光を容易に取り出すことができる。
導電性部材５は、第１透光性導電膜４ａと第２透光性導電膜４ｂとの間に設けられ、第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する。導電性部材５は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光のピーク波長である光を発するとともに、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する。第１発光部１と第２発光部２とを電気的に接続する導電性部材５からの光により、発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の半値幅よりも広くなる。ここで、例えば、青色光を発する活性層を有する複数の発光部を重ねた発光装置の場合、青色光の波長帯における発光強度が高くなりやすい。このような発光装置と、黄色光を発する波長変換部材とを組み合わせて白色光を取り出す場合に、取り出される光が一部の波長帯に偏った発光スペクトルとなりやすいため、白色光の演色性が悪化するおそれがある。本実施形態によれば、発光装置に蛍光体を含む波長変換部材を組み合わせて光を取り出す場合などにおいて、演色性に優れた光を容易に取り出すことができる。
導電性部材５は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の一部を吸収し、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルの光を発する。例えば、導電性部材５は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光のピーク波長付近の光の一部を吸収し、そのピーク波長である光を発するとともに、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する。
導電性部材５の発光ピーク波長は、第１活性層１２及び第２活性層２２の発光ピーク波長と同様に、例えば、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。導電性部材５から発する光の半値幅は、例えば２０ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。導電性部材５の半値幅は、第１活性層１２及び第２活性層２２の半値幅よりも１０ｎｍ程度広い。
導電性部材５を構成する材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリンなどの導電性を有するポリマーを用いることができる。本実施形態において、導電性部材５には、第１発光部１及び第２発光部２からの光の波長を透過する部材を用いることが好ましい。これにより、導電性部材５により第１発光部１及び第２発光部２からの光が吸収されることを抑制し、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
導電性部材５の膜厚は、例えば５００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。導電性部材５の膜厚を５００ｎｍ以上とすることで、後記する接合工程を安定して行うことができる。導電性部材５の膜厚を１０μｍ以下とすることで、導電性部材５による光吸収を抑制して、光取り出し効率を向上させることができる。
＜金属層６＞
金属層６としては、ＡｕＳｎ、ＮｉＳｎ、ＡｇＳｎ等を主成分とするはんだ材料、またはＡｕ及びＡｕを主成分とする合金等を用いることができる。金属層６は、金属層６を形成する部材との密着力を向上させるための金属層が含まれていることが好ましい。例えば、Ｐｔ、Ｔｉからなる金属層を密着層として含んでいることが好ましい。本実施形態において、金属層６の膜厚は、接合性や導電性を考慮して適宜変更することができる。
金属層６としては、ＡｕＳｎ、ＮｉＳｎ、ＡｇＳｎ等を主成分とするはんだ材料、またはＡｕ及びＡｕを主成分とする合金等を用いることができる。金属層６は、金属層６を形成する部材との密着力を向上させるための金属層が含まれていることが好ましい。例えば、Ｐｔ、Ｔｉからなる金属層を密着層として含んでいることが好ましい。本実施形態において、金属層６の膜厚は、接合性や導電性を考慮して適宜変更することができる。
＜第１電極３１＞
第１電極３１は、第２発光部２の第４半導体層２３の上面に設けられている。第１電極３１としては、Ａｕを主成分とする金属層を用いることができる。また、密着性を向上させるため、あるいは金属層同士の拡散を防止するために、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ等の金属層を積層した多層構造としてもよい。第１電極３１は、例えば、第４半導体層２３の表面から、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｔｉ層がこの順に積層された多層構造とすることができる。第１電極３１は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
第１電極３１は、第２発光部２の第４半導体層２３の上面に設けられている。第１電極３１としては、Ａｕを主成分とする金属層を用いることができる。また、密着性を向上させるため、あるいは金属層同士の拡散を防止するために、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ等の金属層を積層した多層構造としてもよい。第１電極３１は、例えば、第４半導体層２３の表面から、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｔｉ層がこの順に積層された多層構造とすることができる。第１電極３１は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
＜第２電極３２＞
第２電極３２は、第１発光部１の第１半導体層１１の下面に設けられている。第２電極３２としては、第１発光部１からの光の波長を反射することができる金属を含む金属層を用いることが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属、またはこれらの金属を主成分とする合金を含んでいることが好ましい。これにより、第１発光部１及び第２発光部２からの光を第２発光部２の第４半導体層２３側に反射できるため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、密着性等を向上させるために、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ等からなる金属層を備える多層構造としてもよい。例えば、第１半導体層１１の表面から、Ａｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層がこの順に積層された多層構造とすることができる。第２電極３２は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
第２電極３２は、第１発光部１の第１半導体層１１の下面に設けられている。第２電極３２としては、第１発光部１からの光の波長を反射することができる金属を含む金属層を用いることが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属、またはこれらの金属を主成分とする合金を含んでいることが好ましい。これにより、第１発光部１及び第２発光部２からの光を第２発光部２の第４半導体層２３側に反射できるため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。また、密着性等を向上させるために、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ等からなる金属層を備える多層構造としてもよい。例えば、第１半導体層１１の表面から、Ａｇ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層がこの順に積層された多層構造とすることができる。第２電極３２は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の技術により形成することができる。
次に、実施形態の発光装置の製造方法について説明する。
＜第１ウエハ準備工程＞
第１ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第３基板７３を準備する。そして、図２に示すように、第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１と、を第３基板７３側から順に形成する。なお、第３基板７３上にバッファ層を介して第２半導体層１３を形成するようにしてもよい。第３基板７３としては、第１発光部１を構成するそれぞれの半導体層を積層させることができる基板を用いることができ、例えば、Ｓｉ基板、サファイア基板、ガリウムヒ素基板、ＧａＮ基板等を用いることができる。本実施形態においては、第３基板７３にＳｉ基板を用いることが特に好ましく、これにより、後記する工程において、第３基板７３を除去しやすくなる。Ｓｉ基板は、比較的加工が容易でウェットエッチング等により除去することが可能であるため、レーザリフトオフにより第３基板７３を除去する場合に比較して、半導体層からなる半導体積層体へのダメージを軽減できる。
第１ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第３基板７３を準備する。そして、図２に示すように、第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１と、を第３基板７３側から順に形成する。なお、第３基板７３上にバッファ層を介して第２半導体層１３を形成するようにしてもよい。第３基板７３としては、第１発光部１を構成するそれぞれの半導体層を積層させることができる基板を用いることができ、例えば、Ｓｉ基板、サファイア基板、ガリウムヒ素基板、ＧａＮ基板等を用いることができる。本実施形態においては、第３基板７３にＳｉ基板を用いることが特に好ましく、これにより、後記する工程において、第３基板７３を除去しやすくなる。Ｓｉ基板は、比較的加工が容易でウェットエッチング等により除去することが可能であるため、レーザリフトオフにより第３基板７３を除去する場合に比較して、半導体層からなる半導体積層体へのダメージを軽減できる。
次に、図３に示すように、第１半導体層１１上に、所定のパターンの第２電極３２を形成する。第２電極３２は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第１半導体層１１上の第２電極３２を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第１半導体層１１上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第２電極３２を形成することができる。
次に、図３に示すように、第２電極３２を形成しない部分に絶縁膜３５を形成する。絶縁膜３５は、例えば、第１半導体層１１上及び第２電極３２上にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして絶縁膜を形成する。そして、フォトレジストを第２電極３２上に形成された絶縁膜とともに除去する。これにより、第２電極３２が形成されていない部分に絶縁膜３５を形成することができる。絶縁膜３５は、例えば、後記する図１３に示すように、切断位置ＣＬ上に設けられる。このように絶縁膜３５を配置することで、絶縁膜３５により第２電極３２が発光装置の側面から露出しない構成とすることができる。その結果、発光装置の側面における短絡の発生が抑制され、信頼性を向上させることができる。
次に、図４に示すように、第１半導体層１１上に形成された第２電極３２及び絶縁膜３５上に、金属層６を形成する。別途、一方の面に金属層６が形成された第１基板７１を準備する。そして、図５及び図６に示すように、その金属層６同士を接合することで、第１半導体層１１上に第２電極３２と絶縁膜３５とを介して第１基板７１を接合する。ここで、第１基板７１は、図１における基板７に相当する。第３基板７３上に、第２導電型の第２半導体層１３と、第１活性層１２と、第１導電型の第１半導体層１１とが設けられた構造体に第１基板７１を金属層６により接合した後、図７に示すように、第３基板７３を除去する。第３基板７３の除去は、例えば、第３基板７３と第２半導体層１３との界面付近にレーザ光を照射し、第３基板７３と第２半導体層１３とを分離するレーザリフトオフにより行う。または、第３基板７３をエッチングできる溶液を用いてウェットエッチングを行うことにより第３基板７３の除去を行う。
以上のようにして、第３基板７３上に形成した半導体積層構造を、第１基板７１上に金属層６と第２電極３２及び絶縁膜３５とを介して転写する。これらの工程により、図７に示す、第１基板７１上に、第１半導体層１１と、第１活性層１２と、第２半導体層１３と、が第１基板７１側から順に形成された第１発光部１を備えた第１ウエハ１００を準備する。すなわち、第１ウエハ１００において、第１基板７１上には、金属層６と第２電極３２及び絶縁膜３５とを介して第１半導体層１１、第１活性層１２、第２半導体層１３とが順に積層されている。第１ウエハ１００において、第２半導体層１３は第１ウエハ１００の表面に露出している。第２電極３２は、第１基板７１と第１半導体層１１との間に位置し、第１基板７１と第１半導体層１１とを電気的に接続する。ここで、第１基板７１は、シリコン基板であることが好ましく、第１基板７１をシリコン基板とすることで、後記する切断工程において、第１基板７１を容易に分割することができる。
＜第２ウエハ準備工程＞
第２ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第２基板７２を準備する。そして、図８に示すように、第２基板７２上に、第２導電型の第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第１導電型の第３半導体層２１と、を第２基板７２側から順に形成する。なお、第２基板７２上にバッファ層を介して第４半導体層２３を形成するようにしてもよい。このようにして、第２基板７２上に、第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第３半導体層２１と、が第２基板７２側から順に形成された第２発光部２を備えた第２ウエハ２００を準備する。
第２ウエハ準備工程では、例えば、Ｓｉからなる第２基板７２を準備する。そして、図８に示すように、第２基板７２上に、第２導電型の第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第１導電型の第３半導体層２１と、を第２基板７２側から順に形成する。なお、第２基板７２上にバッファ層を介して第４半導体層２３を形成するようにしてもよい。このようにして、第２基板７２上に、第４半導体層２３と、第２活性層２２と、第３半導体層２１と、が第２基板７２側から順に形成された第２発光部２を備えた第２ウエハ２００を準備する。
＜第１形成工程＞
第１形成工程では、第１ウエハ１００の表面に露出した第２半導体層１３上に、第２半導体層１３と電気的に接続された第１透光性導電膜４ａを形成する。さらに、第１透光性導電膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する。第２半導体層１３上には、図９に示すように、第１透光性導電膜４ａと第１導電性部材５ａとが積層される。
第１形成工程では、第１ウエハ１００の表面に露出した第２半導体層１３上に、第２半導体層１３と電気的に接続された第１透光性導電膜４ａを形成する。さらに、第１透光性導電膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する。第２半導体層１３上には、図９に示すように、第１透光性導電膜４ａと第１導電性部材５ａとが積層される。
第１形成工程において、第１透光性導電膜４ａを形成する前に、第２半導体層１３の表面に凹凸構造を形成する粗面化工程を行うことが好ましい。これにより、作製後の発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。特に、この凹凸構造があることにより第１発光部１から第２発光部に向かう光を散乱し、第２発光部２の第４半導体層２３側から取り出しやすくすることができる。第２半導体層１３の表面の粗面化は、例えば、ウェットエッチングにより行う。粗面化工程により第２半導体層１３の表面に凹凸構造を形成した後、その第２半導体層１３の表面に第１透光性導電膜４ａを形成した場合、第１透光性導電膜４ａの表面にも第２半導体層１３の表面の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成される。なお、凹凸構造はそれぞれ同一形状である必要はない。凹凸構造が形成された第１透光性導電膜４ａ上に第１導電性部材５ａを形成する場合、第１導電性部材５ａの膜厚を、第１透光性導電膜４ａの凹凸構造が覆われる程度、つまり第１透光性導電膜４ａの凸部よりも厚くすることが好ましい。これにより、後記する接合工程において、第１導電性部材５ａによる接合が第１透光性導電膜４ａの凹凸構造により阻害されるおそれを低減することできる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の高さを有する複数の凸部を有する。
＜第２形成工程＞
第２形成工程では、第２ウエハ２００の第３半導体層２１上に、第３半導体層２１と電気的に接続された第２透光性導電膜４ｂを形成する。さらに、第２透光性導電膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する。第３半導体層２１上には、図１０に示すように、第２透光性導電膜４ｂと第２導電性部材５ｂとが積層される。
第２形成工程では、第２ウエハ２００の第３半導体層２１上に、第３半導体層２１と電気的に接続された第２透光性導電膜４ｂを形成する。さらに、第２透光性導電膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する。第３半導体層２１上には、図１０に示すように、第２透光性導電膜４ｂと第２導電性部材５ｂとが積層される。
第２形成工程において、第２透光性導電膜４ｂを形成する前に、第３半導体層２１の表面に凹凸構造を形成する粗面化工程を行うことが好ましい。これにより、作製後の発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。特に、凹凸構造があることにより第１発光部１から第２発光部２に向かう光を散乱し、第２発光部２の第４半導体層２３側から取り出しやすくすることができる。第３半導体層２１の表面の粗面化は、例えば、ウェットエッチングにより行う。粗面化工程により第３半導体層２１の表面に凹凸構造を形成した後、その第３半導体層２１の表面に第２透光性導電膜４ｂを形成した場合、第２透光性導電膜４ｂの表面にも第３半導体層２１の表面の凹凸構造に沿った凹凸構造が形成される。なお、凹凸構造はそれぞれ同一形状である必要はない。凹凸構造が形成された第２透光性導電膜４ｂ上に第２導電性部材５ｂを形成する場合、第２導電性部材５ｂの膜厚を、第２透光性導電膜４ｂの凹凸構造が覆われる程度、つまり第２透光性導電膜４ｂの凸部よりも厚くすることが好ましい。これにより、後記する接合工程において、第２導電性部材５ｂによる接合が第２透光性導電膜４ｂの凹凸構造により阻害されるおそれを低減することできる。凹凸構造は、例えば、１μｍ以上２μｍ以下程度の高さを有する複数の凸部を有する。
＜接合工程＞
接合工程では、図１１に示すように、第１透光性導電膜４ａ上に設けた第１導電性部材５ａと第２透光性導電膜４ｂ上に設けた第２導電性部材５ｂとを対向させて接合する。これにより、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを接合する。
接合工程では、図１１に示すように、第１透光性導電膜４ａ上に設けた第１導電性部材５ａと第２透光性導電膜４ｂ上に設けた第２導電性部材５ｂとを対向させて接合する。これにより、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを接合する。
＜露出工程＞
接合工程の後、図１１に示す第２ウエハ２００の第２基板７２を除去し、図１２に示すように、第４半導体層２３を露出させる。第２基板７２の除去は、上記した第３基板７３の除去方法と同様にレーザリフトオフ、あるいはウェットエッチングにより行うことができる。第２基板７２にシリコン基板を用いることにより、第２基板７２の除去を上記した第３基板７３の除去と同様に行いやすくなる。
接合工程の後、図１１に示す第２ウエハ２００の第２基板７２を除去し、図１２に示すように、第４半導体層２３を露出させる。第２基板７２の除去は、上記した第３基板７３の除去方法と同様にレーザリフトオフ、あるいはウェットエッチングにより行うことができる。第２基板７２にシリコン基板を用いることにより、第２基板７２の除去を上記した第３基板７３の除去と同様に行いやすくなる。
＜第１電極形成工程＞
第１電極３１形成工程では、図１３に示すように、第２発光部２の第４半導体層２３上に、所定のパターンの第１電極３１を形成する。例えば、第１電極３１を、第４半導体層２３の上面の後記する切断位置ＣＬを避けた位置に形成する。第１電極３１は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第４半導体層２３上の第１電極３１を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第４半導体層２３上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第１電極３１を形成することができる。
第１電極３１形成工程では、図１３に示すように、第２発光部２の第４半導体層２３上に、所定のパターンの第１電極３１を形成する。例えば、第１電極３１を、第４半導体層２３の上面の後記する切断位置ＣＬを避けた位置に形成する。第１電極３１は、例えばフォトレジストを用いたリフトオフ法により形成する。例えば、第４半導体層２３上の第１電極３１を形成しない部分にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストをマスクにして第４半導体層２３上及びそのフォトレジスト上に金属膜を形成する。そして、フォトレジスト上に形成された金属膜とともにフォトレジストを除去することにより第１電極３１を形成することができる。
＜分割工程＞
最後に、第１電極３１が形成されたウエハを、所望の大きさの個々の発光装置に分割する。この分割は、ダイシングにより行われ、例えば図１３に示す切断位置ＣＬに沿って行う。
最後に、第１電極３１が形成されたウエハを、所望の大きさの個々の発光装置に分割する。この分割は、ダイシングにより行われ、例えば図１３に示す切断位置ＣＬに沿って行う。
以上の実施形態の発光装置の製造方法によれば、第１発光部１と第２発光部２を含む構造体の上下に第１電極３１及び第２電極３２を形成することが可能になる。その結果、発光装置の上面視における単位面積当たりの第１活性層１２及び第２活性層２２の形成範囲を大きくでき、発光面積を大きくとれる発光装置を容易に製造することができる。また、第１ウエハ１００と第２ウエハ２００とを第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の発光スペクトルよりも広い半値幅の光を発する第１導電性部材５ａ及び第２導電性部材５ｂにより接合することで第１発光部１と第２発光部２を含む発光装置を製造できる。これにより、別途部材を設ける工程を行うことなく発光装置から取り出される光の発光スペクトルの半値幅を広くすることができ、波長変換部材などと組み合わせて使用する場合に演色性の高い光を取り出すことができる。
１ 第１発光部
２ 第２発光部
４ 透光性導電膜
４ａ 第１透光性導電膜
４ｂ 第２透光性導電膜
５ 導電性部材
５ａ 第１導電性部材
５ｂ 第２導電性部材
６ 金属層
７ 基板
７１ 第１基板
７２ 第２基板
７３ 第３基板
１１ 第１半導体層
１２ 第１活性層
１３ 第２半導体層
２１ 第３半導体層
２２ 第２活性層
２３ 第４半導体層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３５ 絶縁膜
１００ 第１ウエハ
２００ 第２ウエハ
２ 第２発光部
４ 透光性導電膜
４ａ 第１透光性導電膜
４ｂ 第２透光性導電膜
５ 導電性部材
５ａ 第１導電性部材
５ｂ 第２導電性部材
６ 金属層
７ 基板
７１ 第１基板
７２ 第２基板
７３ 第３基板
１１ 第１半導体層
１２ 第１活性層
１３ 第２半導体層
２１ 第３半導体層
２２ 第２活性層
２３ 第４半導体層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
３５ 絶縁膜
１００ 第１ウエハ
２００ 第２ウエハ
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に設けられ、第１導電型の第１半導体層と、第１活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を前記基板側から順に含む第１発光部と、
前記第１発光部の上方に設けられ、前記第１導電型の第３半導体層と、第２活性層と、
前記第２導電型の第４半導体層と、を前記第１発光部側から順に含む第２発光部と、
前記第２半導体層の上面に設けられた第１透光性導電膜と、
前記第３半導体層の下面に設けられた第２透光性導電膜と、
前記第１透光性導電膜と前記第２透光性導電膜との間に設けられ、前記第１発光部と前記第２発光部とを電気的に接続する導電性部材と、を有し、
前記導電性部材は、ポリマーであり、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光のピーク波長である光を発するとともに、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する発光装置。 - 前記第２半導体層の上面に凹凸構造が形成されている請求項１に記載の発光装置。
- 前記第３半導体層の下面に凹凸構造が形成されている請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記第４半導体層の上面に設けられた第１電極と、
前記基板と前記第１半導体層との間に設けられ、前記基板と前記第１半導体層とを電気的に接続する第２電極と、をさらに有する請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。 - 前記第１透光性導電膜及び前記第２透光性導電膜は、酸化インジウム錫である請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
- 第１基板と、前記第１基板上に、第１導電型の第１半導体層と、第１活性層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を前記第１基板側から順に含む第１発光部と、を備える第１ウエハを準備する第１ウエハ準備工程と、
第２基板と、前記第２基板上に、前記第２導電型の第４半導体層と、第２活性層と、前記第１導電型の第３半導体層と、を前記第２基板側から順に含む第２発光部と、を備える第２ウエハを準備する第２ウエハ準備工程と、
前記第１ウエハの表面に露出した前記第２半導体層上に、前記第２半導体層と電気的に接続された第１透光性導電膜と、前記第１透光性導電膜上に設けられた第１導電性部材と、を形成する第１形成工程と、
前記第２ウエハの前記第３半導体層上に、前記第３半導体層と電気的に接続された第２透光性導電膜と、前記第２透光性導電膜上に設けられた第２導電性部材と、を形成する第２形成工程と、
前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを、前記第１導電性部材と前記第２導電性部材とにより接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記第２ウエハの前記第２基板を除去し、前記第４半導体層を露出させる露出工程と、を備え、
前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材は、ポリマーであり、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光のピーク波長である光を発するとともに、前記第１活性層及び前記第２活性層からの光よりも広い半値幅の発光スペクトルを有する光を発する発光装置の製造方法。 - 前記露出工程において露出させた前記第４半導体層の表面に、第１電極を形成する第１電極形成工程をさらに含み、
前記第１ウエハ準備工程において、前記第１基板と前記第１半導体層との間に、前記第１基板と前記第１半導体層とを電気的に接続する第２電極を形成する請求項６に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１形成工程において、前記第１透光性導電膜を形成する前に、前記第２半導体層の表面に凹凸構造を形成する請求項６又は７に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第２形成工程において、前記第２透光性導電膜を形成する前に、前記第３半導体層の表面に凹凸構造を形成する請求項６～８のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１透光性導電膜及び前記第２透光性導電膜を、酸化インジウム錫により形成する請求項６～９のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
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