KR102109668B1 - 발광 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

발광 소자와 파장 변환 부재 간의 접합 강도가 강한 발광 장치를 제공한다. 그 발광 장치는, 발광 소자와 파장 변환 부재가 접합된 발광 장치이며, 특히, 발광 소자는 파장 변환 부재측으로부터 제1 영역과 제2 영역을 갖고, 파장 변환 부재는 발광 소자측으로부터 제3 영역과 제4 영역을 갖고, 제1 영역은 제2 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙하고, 제3 영역은 제4 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙하며, 제1 영역과 제3 영역이 직접 접합되어 있다.

Description

발광 장치 및 그 제조 방법{LIGHT-EMITTING DEVICE AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은, 발광 소자와 파장 변환 부재가 접합된 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 발광 소자가 되는 LED 칩으로부터의 광과 파장 변환 부재가 되는 형광체로부터의 광을 조합해서 혼색 발광이 가능한 발광 장치가 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 사파이어로 이루어지는 「성장 기판」 상에 GaN로 이루어지는 「핵 생성층」을 성장시켜, 「핵 생성층」과 「세라믹 형광체」를 고온 고압에서 접합하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2006-352085호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 발광 장치는, 사파이어로 이루어지는 「성장 기판」과 GaN으로 이루어지는 「핵 생성층」을 열 압착한 것뿐, 양자 간의 접합 강도가 약하다는 문제가 있었다. 접합 강도가 약하면, 예를 들어 사용 중에 양자가 박리되어버려 바람직하지 않다.
그래서 본 발명은, 발광 소자와 파장 변환 부재의 접합 강도가 강한 발광 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명에 따른 일 형태의 발광 장치는, 발광 소자와 파장 변환 부재가 접합된 발광 장치이다. 특히, 발광 소자는 파장 변환 부재측으로부터 제1 영역과 제2 영역을 갖고, 파장 변환 부재는 발광 소자측으로부터 제3 영역과 제4 영역을 갖고, 제1 영역은 제2 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙하고, 제3 영역은 제4 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙하며, 제1 영역과 제3 영역이 직접 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 발광 소자는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 갖는 기판과, 상기 기판에 형성된 반도체 적층부를 포함하며,
상기 파장 변환 부재는, 상기 제3 영역과 상기 제4 영역을 갖는 지지체와, 상기 지지체에 함유된 형광체를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는, 상기 기판은 사파이어로 이루어지고, 상기 지지체는 산화 알루미늄으로 이루어진다.
본 발명에 따른 일 형태의 발광 장치의 제조 방법은, 발광 소자를 준비하는 발광 소자 준비 공정과, 파장 변환 부재를 준비하는 파장 변환 부재 준비 공정과, 표면 활성화 접합법에 의해 발광 소자와 파장 변환 부재를 접합하는 접합 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
발광 소자는 사파이어로 이루어지는 기판과, 기판에 형성된 반도체 적층부를 갖고, 파장 변환 부재는 산화 알루미늄으로 이루어지는 지지체와 지지체에 함유된 형광체를 갖고, 접합 공정에서, 기판과 지지체를 접합하는 것이 바람직하다.
이상의 본 발명에 따르면, 발광 소자와 파장 변환 부재의 접합 강도가 강한 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본건 발명에 따른 하나의 발광 장치의 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 파선 부분의 확대도이다.
도 3a의 (a)는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법에 있어서, 발광 소자(10)를 준비하는 발광 소자 준비 공정에 관한 단면도이며, (b)는 파장 변환 부재(20)를 준비하는 파장 변환 부재 준비 공정에 관한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법에 있어서, 접합면을 활성화시키는 공정에 관한 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법에 있어서의 접합 공정에 관한 단면도이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에 나타내는 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 발광 장치를 예시하는 것이며, 본 발명을 이하에 개시하는 것으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지가 아니며, 단순한 예시에 지나지 않는다. 또한, 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확히 하기 위해서 과장되어 있는 경우가 있다. 또한, 설명을 간략화하기 위해서, 동일 혹은 동질의 구성 요건에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있고, 그때마다 설명은 생략하고 있다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치는, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)가 접합되어 이루어진다. 도 1은, 실시 형태에 따른 발광 장치의 발광 관측면에 수직을 이루는 방향에 있어서의 단면도이며, 도 2는 도 1의 파선 부분의 확대도이다. 본 실시 형태에 따른 발광 장치에 있어서, 발광 소자(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 사파이어로 이루어지는 기판(11)과 기판(11) 상에 형성된 반도체 적층부(12)와 반도체 적층부(12) 상에 형성된 p전극(13) 및 n전극(14)을 가지고 이루어진다. 또한, 파장 변환 부재(20)는 베이스가 되는 기판(지지체)과 그 기판에 함유된 형광체로 이루어진다.
이 실시 형태에서는, 발광 소자(10)의 기판(11)이 파장 변환 부재(20)측으로부터 제1 영역(11a)과 제2 영역(11b)을 갖고, 파장 변환 부재(20)가 발광 소자(10)측으로부터 제3 영역(20a)과 제4 영역(20b)을 갖는다. 기판(11)에 있어서, 제1 영역(11a)은 제2 영역(11b)과 비교해서 원자 배열이 불규칙하고, 파장 변환 부재(20)에 있어서, 제3 영역(20a)은 제4 영역(20b)과 비교해서 원자 배열이 불규칙하다. 그리고, 제1 영역(11a)과 제3 영역(20a)이 직접 접합됨으로써, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)가 접합되어 있다.
이상과 같이, 본 명세서에 있어서, 「제1 영역(11a)」은, 발광 소자(10)에 있어서, 파장 변환 부재(20)에 직접 접하고 있는 영역이다. 또한, 「제2 영역(11b)」은, 발광 소자(10)에 있어서의 「제1 영역(11a)」에 인접하는(직접 접한다) 영역이다. 마찬가지로, 「제3 영역(20a)」은, 파장 변환 부재(20)에 있어서, 발광 소자(10)에 직접 접하고 있는 영역이다. 또한, 「제4 영역(20b)」은, 파장 변환 부재(20)에 있어서의 「제3 영역(20a)」에 인접하는 영역이다.
이와 같이, 제2 영역(11b)과 비교해서 원자 배열이 불규칙한 제1 영역(11a)과, 제4 영역(20b)과 비교해서 원자 배열이 불규칙한 제3 영역(20a)이 직접 접하여 접합되어, 접합 계면 X가 형성되고, 제2 영역(11b)과 제4 영역(20b)이 각각 접합 계면 X로부터 이격되어 있다.
본 발명에 있어서, 제1 영역(11a) 및 제2 영역(11b)(제3 영역(20a) 및 제4 영역(20b)]은 서로 인접하지만, 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 조성을 갖고 있으며, 다른 부재 간에서 인접하는 경우는 본원 발명에서 말하는 곳의 제1 영역 및 제2 영역이 아니다. 구체적으로는, 사파이어 기판과 그것에 인접하는 반도체층을 갖는 발광 소자에 있어서, 반도체층을 제1 영역으로 하고, 사파이어 기판을 제2 영역으로 하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에 있어서의 제1 영역(11a) 및 제2 영역(11b)(제3 영역(20a) 및 제4 영역(20b))은, 원래 1개의 동일한 조성의 하나의 부재이지만, 그 부재의 일부를 제1 영역이라고 하고, 그 부재 중 다른 일부를 제2 영역이라고 한다. 어떤 부재의 일부인지 아닌지는, 예를 들어 고분해능 투과 전자 현미경에 의한 원자 레벨에서의 단면 관찰이나 원소 분석에 의한 조성의 대비에 의해 판단할 수 있다.
이에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 견고하게 접합할 수 있다. 그 이유는 명백하지 않으나, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)이 일체로 되어 양자 간의 왜곡을 흡수할 수 있기 때문이라고 생각된다. 예를 들어, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 열 압착으로 직접 접합시킬 경우, 격자 상수 차나 열 팽창 계수 차에 의해 양자에 왜곡이 발생한다. 따라서, 열 접합에 의해 양자 간의 접합 강도를 강하게 하고자 해도 한계가 있다. 그러나, 접합 계면 X에 인접하는 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)을 각각 제2 영역(11b) 및 제4 영역(20b)보다도 원자 배열을 불규칙하게 함으로써, 격자 상수 차, 열 팽창 계수 차 등에 의한 왜곡을 효과적으로 흡수할 수 있고, 그 결과, 접합 강도가 향상되는 것으로 생각된다. 또한, 불규칙성이 높으면(바람직하게는 비평형 준안정 상태의 아몰퍼스 상태로 되면), 결정 구조에 의한 이방성이 작아져서 이방성에 기인한 취성이나 결정 구조나 격자 결함과 같은 「약한」 구조가 존재하지 않게 되어, 접합 강도를 강하게 할 수 있다고 생각된다.
또한, 예를 들어 수지로 이루어지는 접착제를 통하여 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 접합할 경우, 수지에 의한 열 팽창은 비교적 크기 때문에, 그것에 의해 각 계면에 왜곡이 발생해버린다. 그러나, 본 실시 형태의 발광 장치에서는, 수지를 개재시킬 필요가 없기 때문에, 더욱 견고하게 접속되는 것으로 생각된다.
또한, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)에 의해 접합 계면 X의 왜곡이 완화됨으로써, 접합 계면 X 근방의 형광체에 응력을 발생시키기 어렵게 할 수 있다. 파장 변환 부재(20)는 형광체를 갖기 때문에, 형광체 자체의 발열에 기인해서 응력이 발생하기 쉽다. 형광체에 응력이 발생하면, 예를 들어 형광체의 발광 스펙트럼의 반값 폭이 넓어져 형광체의 광속 값이 저하될 수 있으므로, 바람직하지 않다. 그러나, 본 실시 형태에 의하면, 왜곡에 의한 형광체에의 악영향을 경감시킬 수 있다.
본 발명에서는, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 직접 접합하고 있으므로, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 열 전도율이 나쁜 수지로 이루어지는 접착제로 접속하는 경우와 비교하여, 파장 변환 부재(20)에서 발생한 열을 발광 소자(10)측으로 효과적으로 빠져나가게 할 수도 있다. 이에 의해 접합 계면 X에서 발생하는 왜곡을 더욱 경감할 수 있다.
또한, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 직접 접합시킴으로써, 광이 반사(또는 입사각에 따라서는 전반사)하는 계면의 수를 최소한 1개로 할 수 있어, 발광 장치 전체로서 광의 취출을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)와의 사이에 수지로 이루어지는 접착제가 개재하는 경우에는, 합계 2개의 계면(발광 소자와 접착제의 계면, 파장 변환 부재와 접착제의 계면)이 존재한다. 한편, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)가 직접 접합되는 경우에는, 1개의 계면[발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)의 계면]이 존재할 뿐이다. 따라서, 전자와 비교하여 후자는 광의 손실을 경감할 수 있다. 또한, 수지로 이루어지는 접착제를 이용한 경우에는, 기판을 형성하는 무기 재료와 유기 재료인 수지의 사이의 굴절률 차가 크기 때문에 계면에 있어서의 반사율이 높아진다. 이에 대해, 본 발명에서는, 발광 소자의 일부를 구성하는 기판(11)과 파장 변환 부재(20) 사이의 굴절률 차를 작게 하는 것이 가능하여, 계면에 있어서의 반사를 작게 할 수 있다.
제1 영역(11a)과 제3 영역(20a) 중 한쪽, 바람직하게는 양쪽은, 더욱 불규칙성이 높은 비정질(아몰퍼스)인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 비평형 준안정 상태의 아몰퍼스 상태로 한다. 이에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)와의 사이의 왜곡을 더욱 효과적으로 억제할 수 있고, 결정 구조에 의한 이방성을 더욱 작게 할 수 있으며, 결정 구조나 격자 결함이 존재를 하지 않도록 할 수 있어, 더욱 접합 강도를 강하게 할 수 있다.
제2 영역(11b)과 제4 영역(20b) 중 한쪽(바람직하게는 양쪽)은, 바람직하게는 다결정 또는 단결정, 더욱 바람직하게는 단결정으로 할 수 있다. 제2 영역(11b) 및／또는 제4 영역(20b)이 다결정 또는 단결정(특히 단결정)인 것에 의해 양자 간의 왜곡은 발생하기 쉽다고 생각되므로, 이러한 경우에 본 실시 형태는 특히 효과적이다.
왜곡 완화의 관점에서, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)은, 실질적으로 접합 계면 X의 전역에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)이 직접 접합되어 있는 영역이 접합 계면 X의 일부이어도 좋고, 상기 효과를 발휘하는 한, 본원 발명의 범위에 포함된다.
제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)의 두께는 각각, 바람직하게는 1nm 이상 20nm 이하, 더욱 바람직하게는 2nm 이상 10nm 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 왜곡을 완화시키는 효과를 충분히 얻을 수 있으므로 접합 강도를 강하게 할 수 있다. 또한, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)의 원자 배열을 불규칙하게 하면 광 취출에 악영향을 미칠 우려도 있지만, 상기 범위로 함으로써, 광이 감쇠하는 부분의 두께를 충분히 얇게 할 수 있으므로, 광의 손실을 경감할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치에 있어서, 발광 소자(10)는 한정되지 않고 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 발광 소자(10)는, 기판(11)과, 기판(11) 상에 형성된 반도체 적층부(12)와, 반도체 적층부(12)의 동일면 측에 형성된 한 쌍의 전극(13 및 14)을 가질 수 있다. 기판(11)으로서는, 사파이어, GaN 등을 사용할 수 있다. 반도체 적층부(12)로서는, 복수의 질화물 반도체층(AlInGaN)이 적층된 것 등을 사용할 수 있다. 광 취출의 관점에서, 파장 변환 부재(20) 측을 관측면측으로 하는 것이 바람직하다.
발광 소자(10)의 기판(11)으로서 사파이어를 사용하는 경우, 나중에 설명하는 파장 변환 부재(20)의 지지체를 산화 알루미늄으로 하고, 사파이어와 산화 알루미늄을 직접 접합하는 것이 바람직하다. 즉, 사파이어에는 제1 영역(11a) 및 제2 영역(11b)이 형성되어 있고, 산화 알루미늄에는 제3 영역(20a) 및 제4 영역(20b)이 형성되어 있으며, 제1 영역(11a)과 제3 영역(20a)이 직접 접합되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 기판과 지지체의 구성 원소를 동일하게 할 수 있으므로, 양자의 접합 강도를 더욱 크게 할 수 있다. 또한, 기판과 지지체와의 굴절률을 실질적으로 동일하게 할 수 있으므로, 그 계면에 있어서의 광의 전반사를 경감시켜, 발광 장치로서의 광의 취출을 향상시킬 수 있다. 지지체를 구성하는 산화 알루미늄의 결정 구조와 관계없이, 상기 효과는 얻어지지만, 산화 알루미늄의 결정 구조는, 바람직하게는 다결정 또는 단결정, 더욱 바람직하게는 단결정(사파이어)으로 할 수 있다. 이에 의해, 사파이어로 이루어지는 기판과 구조가 비슷해지거나 또는 동일해지므로, 상기 효과가 얻어지기 쉽다.
다른 변형예로서, 발광 소자(10)로서, 기판 상에 반도체 적층부를 형성한 후, 반도체 적층부 위에 Si 등의 접합 기판을 접착하고, 그 후에 원래의 기판을 제거하여, 접합 기판과 파장 변환 부재를 접합할 수도 있다. 또한, 기판의 유무에 관계없이, 반도체 적층부와 파장 변환 부재를 접합할 수도 있다. 반도체 적층부와 파장 변환 부재를 접합할 경우, 파장 변환 부재에 접합되는 반도체 적층부의 가장 외측의 하나의 반도체층이 파장 변환 부재측으로부터 제1 영역과 제2 영역을 갖는 것으로 되고, 그 제1 영역이 제2 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙한 것으로 된다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치에 있어서, 파장 변환 부재(20)는, 발광 소자(10)로부터의 광을 다른 파장 분포의 광으로 변환할 수 있는 것이면 되고, 그 재료는 한정되지 않으며, 공지의 것을 이용할 수 있다. 파장 변환 부재(20)는, 형광체 그 자체라도 좋고, 형광체와 그것을 지지하는 지지체를 포함할 수도 있다. 파장 변환 부재(20)가 형광체와 지지체로 이루어진 경우, 예를 들어 일 방향 응고법에 의해 형성된 형광체 및 지지체의 공정체를 파장 변환 부재(20)로 하거나, 소결에 의해 형광체의 분말 및 지지체 재료의 분말을 일체로 형성해서 파장 변환 부재(20)로 할 수 있다.
형광체는 한정되지 않고, 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, YAG(이트륨·알루미늄·가넷)계 형광체, TAG(테르븀·알루미늄·가넷)계 형광체를 이용할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 발광 소자(10)로부터의 청색 발광과, 형광체로부터의 황색 발광의 혼색으로 백색 발광이 가능하게 된다.
지지체는 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화 알루미늄, 질화알루미늄, YAG(활성화제를 포함하지 않으므로 발광하지 않는다), 산화이트륨을 이용할 수 있다.
형광체는 모체와 활성화제를 갖고, 지지체는 모체와 동일 재료인 것이 바람직하다. 이에 의해, 형광체와 지지체와의 굴절률 차를 실질적으로 없앨 수 있다. 그 결과, 지지체와 형광체와의 계면에 있어서의 광의 전반사를 대폭 경감할 수 있으므로, 발광 장치 전체로서의 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 지지체와 모체를 동일 재료로 함으로써, 형광체에서 발생하는 응력을 경감할 수 있다. 예를 들어, 지지체로서 YAG(활성화제를 포함하지 않으므로 발광하지 않는다)를 이용하고, 형광체로서 활성화제를 세륨으로 하고, 모체를 YAG으로 한, 소위 YAG계 형광체를 이용할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법은, 발광 소자(10)를 준비하는 발광 소자 준비 공정과[도 3a의 (a) 참조], 파장 변환 부재(20)를 준비하는 파장 변환 부재 준비 공정과[도 3a의 (b) 참조], 표면 활성화 접합법에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 접합하는 접합 공정(도 3b 및 3c 참조)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 「표면 활성화 접합법」이란, 발광 소자(10) 및 파장 변환 부재(20)의 접합면을 이온 빔이나 플라즈마 등으로 스퍼터 에칭을 행하고, 양쪽 접합면을 활성화시킨 후에, 그 접합면에서 발광 소자(10) 및 파장 변환 부재(20)를 직접 접합하는 것을 말한다.
이에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 견고하게 접합할 수 있다. 스퍼터 에칭에 의해, 제1 영역(11a) 및 제3 영역(20a)이 형성되고, 양자가 일체로 되어 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)와의 사이의 왜곡을 흡수하기 위한 것으로 생각된다(도 2 참조). 상세한 것은 전술한 바와 같으므로, 여기에서는 생략한다.
일반적으로, 발광 소자는, 예를 들어 사파이어로 이루어지는 원기둥 형상의 잉곳을 얇게 슬라이스한 원반 형상의 웨이퍼 상에 복수의 반도체 적층부(12)를 형성한 후, 개개의 발광 소자마다 분할함으로써 제작된다. 본 발명에 있어서, 표면 활성화 접합법에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 접합하는 경우, 발광 소자로 분할하기 전에, 복수의 반도체 적층부(12)가 형성된 웨이퍼와 파장 변환 부재(20)를 접합한 후, 개개의 소자로 분할하도록 해도 좋고, 개개의 발광 소자로 분할한 후 각각의 발광 소자에 표면 활성화 접합법에 의해, 파장 변환 부재(20)를 접합하도록 해도 좋다. 그러나, 표면 활성화 접합법에 의해, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 접합하는 경우, 발광 소자(10)는 웨이퍼가 아닌 개별적으로 절단된 것을 이용하면 다음과 같은 이점이 있다(본 명세서에서는, 개별적으로 절단된 것뿐만 아니라, 그 전의 상태인 웨이퍼도 「발광 소자」라고 한다). 즉, 통상, 웨이퍼 상에 형성된 발광 소자는, 그 소자가 형성된 웨이퍼 상의 위치에 의해 피크 파장이나 출력 등의 특성이 다르다. 그러나, 웨이퍼를 개별적으로 절단한 발광 소자이면 동일 또는 유사한 특성의 것을 선택해서 그룹화하고, 그룹에 속하는 발광 소자의 특성에 따라 최적의 파장 변환 특성을 갖는 파장 변환 부재(20)를 조합해서 접합하는 것이 가능하게 된다. 구체적인 방법으로서는, 예를 들어, 1매의 점착 시트와 유사한 특성을 갖는 복수의 발광 소자를 배치하고(제1 공정), 점착 시트에 배치된 개개의 발광 소자와 1매의 파장 변환 부재를 표면 활성화 접합법에 의해 접합하며(제2 공정), 점착 시트를 제거하고(제3 공정), 필요에 따라 개개의 발광 장치가 되도록 파장 변환 부재를 절단한다(제4 공정).
또한, 발광 소자를 가열하면 전극이나 발광층이 열화될 우려가 있지만, 표면 활성화 접합법은 반드시 가열하는 것을 필요로 하지 않는다. 따라서, 발광 소자의 특성을 손상시키지 않고, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재(20)를 접합할 수 있다. 전극의 재료 및 구성이나 반도체 적층부의 재료 및 구성에도 의하지만, 표면 활성화 접합법의 실시 온도의 범위로서는, 바람직하게는 0℃ 이상 300℃ 이하, 더욱 바람직하게는 0℃ 이상 200℃ 이하, 더욱 바람직하게는 0℃ 이상 100℃ 이하, 더욱 바람직하게는 0℃ 이상 50℃ 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자의 특성을 손상시키지 않고 견고하게 접합할 수 있다.
발광 소자(10) 및 파장 변환 부재(20)의 접합면은 각각, 표면 거칠기(Ra)를, 바람직하게는 10nm 이하, 더욱 바람직하게는 5nm 이하, 더욱 바람직하게는 1nm 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자(10) 및 파장 변환 부재(20)를 용이하고 또한, 견고하게 접합할 수 있다.
발광 소자(10)의 접합면 및／또는 파장 변환 부재(20)의 접합면의 재료나 상태에 따라서는, 표면 활성화 접합법에 의해 양자를 접합하기 어려운 경우도 있다. 그 경우라도, 발광 소자(10)와 파장 변환 부재의 한쪽 또는 양쪽에, 다른 쪽과 접합 가능한 접합 부재를 형성하여, 양자를 접합할 수 있다. 예를 들어, 표면 활성화 접합법에서는 유리(형광체를 포함한다)는 발광 소자의 사파이어 기판과 접합하기 어렵다. 따라서, 유리 표면에 접합 부재로서 산화 알루미늄을 스퍼터 등으로 형성하고, 산화 알루미늄과 사파이어 기판을 표면 활성화 접합법에 의해 접합할 수 있다. 이 경우, 파장 변환 부재(20)는, 형광체, 지지체(유리) 및 접합 부재(산화 알루미늄)로 구성됨으로써, 접합 부재(산화 알루미늄)가 발광 소자측으로부터, 제3 영역과 제4 영역을 갖고, 그 제3 영역이 제4 영역과 비교해서 원자 배열이 불규칙한 것으로 되어 있다.
실시예 1
[발광 소자(10)]
사파이어 기판(11) 상에 질화물 반도체로 이루어지는 각 층을 성장시켜, 반도체 적층부(12)를 형성했다. 반도체 적층부(12)의 소정의 일부에 n전극(13) 및 p전극(14)을 형성했다. 웨이퍼 형상인 사파이어 기판을 연삭하여, 사파이어 기판의 두께를 85마이크로미터 정도까지 얇게 했다.
또한, CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 연마 스크래치 자국을 깎아내고, 또한, Ra가 1nm 이하가 되도록 표면을 평활하게 했다. 이와 같이 하여 얻어진 웨이퍼 형상의 발광 소자를 스크라이브로 잘라내어, 개개의 발광 소자(10)로 했다. 본 실시예에서는, 평면에서 보아 세로 1mm 가로 1mm 크기의 발광 소자(10)로 했다.
개개의 발광 소자(10)에 대해서, 전압, 파장, 누설 등의 특성 평가를 행하고, 그 결과에 기초해서 동일 특성의 그룹으로 선별했다. 각각의 그룹의 발광 소자(10)를 발광 소자 사이가 200마이크로미터가 되도록 해서 점착 시트에 배치했다.
[파장 변환 부재(20)]
일 방향 응고법에 의해 형성된 파장 변환 부재(20)를 준비했다. 본 실시예의 파장 변환 부재(20)는 YAG(형광체)를 포함하는 사파이어(지지체)로 구성된다. 얻고자 하는 백색 LED(발광 장치)의 색도에 맞추어, 파장 변환 부재(20)를 연삭 및 연마해서 원하는 두께로 한다. 이어서, 접합면으로 되는 일면을 더욱 평활하게 하기 위해서, 연마 및 CMP을 행한다. 이때, 연마 레이트의 차에 의해 사파이어부가 볼록, YAG부가 오목하게 되지만, 양자의 단차가 10nm 이하가 되도록 했다. 접합면에 있어서의 YAG 및 사파이어의 표면 거칠기는 각각, Ra가 2nm 이하가 되도록 했다.
(표면 활성화 접합)
접합 챔버의 상부에, 접합면이 되는 사파이어 기판(11)이 하측이 되도록 점착 시트에 적재된 복수의 발광 소자(10)를 배치했다. 접합 챔버의 하부에, 접합면이 상측이 되도록 파장 변환 부재(20)를 배치했다.
접합 챔버 내를 8.0×10-6Pa 이하가 되도록 진공화했다. 그 후, 2대의 고속 이온 빔(FAB: fast atom beam) 건에 의해, Ar 이온을, 상하 각각의 샘플에 조사했다. Ar을 유량 40sccm으로, 100mA의 가속 전류로 180초 조사했다. 그 후, 30초 이내의 짧은 시간에 상하의 샘플을 접합했다. 이때, 샘플에 0.2N/mm2 이상의 압력을 30초 걸었다. 접합된 샘플을 접합 챔버로부터 취출하여, 그 샘플로부터 점착 시트를 제거했다.
(칩화 등)
1매의 파장 변환 부재(20) 상에 배열된 복수의 발광 소자(10)를 다이싱으로 분리하여, 개개의 발광 장치로 했다. 발광 장치의 하나를 전극 배선된 기판에 플립 칩 실장하고, 발광면이 되는 파장 변환 부재(20)의 상면을 제외하고, 실리콘 수지에 티타니아 입자를 확산시킨 백색 수지로 덮었다.
본 실시예에서 얻어진 발광 장치는, 다이 쉐어 강도 시험에 의해, 비교예와 비교해서 다이 쉐어 강도(접합 강도)가 약 2배로 향상된 것을 확인했다. 또한, 비교예와 비교해서 광속이 약 10％ 향상된 것을 확인했다.
비교예
발광 소자의 사파이어 기판과 파장 변환 부재를 실리콘 수지로 이루어지는 접착재를 통해서 접합한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지 구조의 발광 장치를 제작했다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 일 실시 형태에 관한 발광 장치는, 예를 들어 조명 장치나 표시 장치 등에 이용할 수 있다.
10: 발광 소자
11: 기판
11a: 제1 영역
11b: 제2 영역
12: 반도체 적층부
13: p전극
14: n전극
20: 파장 변환 부재
20a: 제3 영역
20b: 제4 영역

Claims (16)

  1. 발광 소자와 파장 변환 부재가 접합된 발광 장치로서,
    상기 발광 소자는, 상기 파장 변환 부재측으로부터, 제1 영역과 제2 영역을 갖고,
    상기 파장 변환 부재는, 상기 발광 소자측으로부터, 제3 영역과 제4 영역을 갖고,
    상기 제1 영역은, 상기 제2 영역과 비교하여, 원자 배열이 불규칙하고,
    상기 제3 영역은, 상기 제4 영역과 비교하여, 원자 배열이 불규칙하며,
    상기 제1 영역과 상기 제3 영역이 직접 접합되어 있고,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역은 모두 비정질이고,
    상기 발광 소자는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 갖는 기판과, 상기 기판에 형성된 반도체 적층부를 포함하고,
    상기 파장 변환 부재는, 상기 제3 영역과 상기 제4 영역을 갖는 지지체와, 상기 지지체에 함유된 형광체를 갖고,
    상기 기판은 사파이어로 이루어지고, 상기 지지체는 산화 알루미늄으로 이루어지고,
    상기 기판과 상기 파장 변환 부재는 접합 평면에 수직인 방향의 단면에서 보아 직사각형이고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 동일 조성이며, 상기 제3 영역과 상기 제4 영역은 동일 조성이고,
    상기 제1 영역과 상기 제3 영역의 각각의 두께가 2nm 이상 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역과 상기 제4 영역 중 한쪽은 단결정인, 발광 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역은, 실질적으로 접합 계면 전역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 발광 장치.
  8. 삭제
  9. 사파이어로 이루어진 기판과, 상기 기판에 형성된 반도체 적층부를 포함하는 발광 소자를 준비하는 발광 소자 준비 공정과,
    산화 알루미늄으로 이루어진 지지체와, 상기 지지체에 함유된 형광체를 갖는 파장 변환 부재를 준비하는 파장 변환 부재 준비 공정과,
    표면 활성화 접합법에 의해, 상기 기판과 상기 지지체를 접합하는 접합 공정을 포함하고,
    상기 기판과 상기 파장 변환 부재는 접합 평면에 수직인 방향의 단면에서 보아 직사각형이고,
    상기 표면 활성화 접합법에 의한 접합 온도를, 0℃ 이상 50℃ 이하의 범위로 설정하고,
    상기 기판 및 상기 파장 변환 부재에서의 접합면의 표면 거칠기는 1nm 이하이고,
    상기 표면 활성화 접합법은, 상기 기판의 접합면 및 상기 지지체의 접합면을 이온 빔으로 스퍼터 에칭을 행하고, 양쪽 접합면을 활성화시킨 후에, 상기 기판의 접합면 및 상기 지지체의 접합면을 직접 접합하는 방법이며,
    상기 스퍼터 에칭에 의해, 상기 기판에, 상기 파장 변환 부재측으로부터, 제1 영역과 제2 영역, 그리고 상기 지지체에, 상기 발광 소자측으로부터, 제3 영역과 제4 영역을 형성하고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 동일 조성이며, 상기 제3 영역과 상기 제4 영역은 동일 조성이고,
    상기 제1 영역과 상기 제3 영역의 각각의 두께가 2nm 이상 10nm 이하이고,
    상기 제1 영역 및 상기 제3 영역은 모두 비정질인 것을 특징으로 하는 발광 장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 형광체는, 이트륨·알루미늄·가넷계 형광체, 및 테르븀·알루미늄·가넷계 형광체로 이루어진 군으로부터 선택된 1개를 포함하는, 발광 장치의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 파장 변환 부재의 접합면은,
    형광체부와 산화 알루미늄부를 포함하며,
    상기 접합면에서, 상기 형광체부와 상기 산화 알루미늄부의 단차가 10nm 이하인, 발광 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
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