TWI521736B - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

發光裝置及其製造方法

本發明係關於一種具有發光元件及透光性構件之發光裝置及其製造方法。

自先前，為提高發光裝置之出光效率而進行有各種嘗試。例如於專利文獻1中，係藉由將p電極設為光反射層，藉此利用p電極使光反射而實現出光效率之提高。於專利文獻2中係於基板面設置凹凸，藉此實現出光效率之提高。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-157853號公報

[專利文獻2]日本專利特開2008-060286號公報

然而，即便使用先前之構造，亦無法完全出光。即，存在如下問題：光之一部分藉由發光元件之上下面重複進行反射後掠出至外部，但反射次數越多則光越被電極等吸收而越衰減。

因此，本發明之目的在於提供一種抑制元件內部之光之衰減、且出光效率較高之發光裝置及其製造方法。

本發明之發光裝置依序包含透光性構件、具有半導體積層部之發光元件、及設於半導體積層部之電極。尤其本發明之發光裝置特徵在於：發光元件自透光性構件側具有第1區域及第2區域，透光性構件自發光元件側具有第3區域及第4區域，與第2區域相比，第1區域之原子排列不規則，與第4區域相比，第3區域之原子排列不規則，且第1區域與第3區域係直接接合。

本發明之發光裝置之製造方法之特徵在於包含：發光元件準備步驟，其係準備具有設有電極之半導體積層部之發光元件；透光性構件準備步驟，其係準備透光性構件；及接合步驟，其係於與設有電極之側為相反之側將發光元件與透光性構件直接接合。

根據以如上之方式所構成之本發明，可提供一種抑制元件內部之光之衰減、且出光效率較高之發光裝置及其製造方法。

以下一面參照圖式一面對用以實施本發明之形態進行說明。其中，以下所示之形態係對用以使本發明之技術思想具體化之發光裝置及其製造方法進行例示者，並非將本發明限定為以下者。又，實施形態所記載之構成零件之尺寸、材質、形狀、其相對配置等只要未特定記載，則並非將本發明之範圍僅限定於此之含義，僅為例示者。再者，各圖式所示之構件之大小及位置關係等存在為明確說明而將其誇張表示之情形。進而為簡化說明，對相同或同質之構成要件附上相同之符號，並適當省略其說明。

圖1係表示與本實施形態之發光裝置之光觀測面垂直之方向上之剖面圖，圖2係表示圖1之虛線部分之放大圖。

如圖1所示，本發明之一態樣之發光裝置依序包含透光性構件20、具有半導體積層部12之發光元件10、及設於半導體積層部12之電極13、14。即，透光性構件20與電極13、14係介隔發光元件10而位於相反側。進而，如圖2所示，發光元件10自透光性構件20側起具有第1區域11a及第2區域11b，透光性構件20自發光元件10側起具有第3區域20a及第4區域20b。此處，與第2區域11b相比，第1區域11a之原子排列不規則，與第4區域20b相比，第3區域20a之原子排列不規則，且第1區域11a與第3區域20a係直接接合。

於以如上之方式構成之實施形態之發光裝置中，可增厚光重複反射之部分(半導體積層部12、基板11及透光性構件20之合計厚度)，故可減少光照射於電極13及14之次數。藉此，主要可減少電極13及14之光之吸收，從而可提高發光裝置之出光效率。

以下進行詳細說明。

於不具備透光性構件20之情形時，自半導體積層部12產生之光之一部分由於與外部之折射率差，而一面於發光元件10之內部重複反射，一面將其一部分之光掠出至外部。另一方面，設於半導體積層部12上之電極13、14無論使用何種材料，亦無法完全反射或透過光，其一部分之光被吸收。光於半導體積層部12與電極13、14之界面反射之次數越多則該電極對光之吸收越多，光之一部分被電極吸收，導致發光裝置之出光效率降低。因此，於發光元件10上直接接合透光性構件20，並通過透光性構件20之厚度而實質性地增大發光元件10之厚度，藉此可減少朝發光裝置外部掠出之前光於電極界面之反射次數。藉此，可抑制電極對光之吸收，從而可獲得出光效率優異之發光裝置。

發光元件係藉由將1塊晶圓切斷為各個元件而獲得，但當前情形下，考慮再現性及量產性，而有必要使切斷時之晶圓厚度薄至某種程度。例如，即便於藉由蝕刻等除去半導體積層部而露出藍寶石基板之狀態下，若藍寶石基板之厚度最大並非400 μm左右則難以各個地切斷。藉由此種狀況，若直接使用較厚之基板則最終無法獲得各個發光元件。因此，於發光元件10之外另行設置透光性構件20，藉此實質性地增厚發光元件10。

又，於本發明中，除了實質性地增厚發光元件10以外，較佳為透光性構件20具有大致均勻之折射率及透過率，且相對於來自半導體積層部20之光為實質上透明。再者，所謂折射率及透過率實質上均勻之透光性構件，係指內部不含螢光體、擴散材等(以下僅稱為螢光體等)之反射光者，可使光於內部不反射散亂而直線前進之透光性構件。

如此若透光性構件20具有大致均勻之折射率及透過率，則可更有效地抑制電極對光之吸收，防止出光效率之劣化。其原因係當於透光性構件包含因來自半導體積層部之光而發光之螢光體等之情形時，光之一部分於螢光體等之表面向電極方向反射，故而產生電極對光之吸收。

又，本實施形態之發光裝置係將原子排列不規則之第1區域11a與第3區域20a一體接合，故可抑制該接合界面之反射。進而，第1區域11a與第3區域20a係一體接合，故可緩和發光元件10與透光性構件20之界面之應變。藉此，將發光元件10與透光性構件20直接接合，且即便因發光元件10產生之發熱而於兩者間產生之熱應力較大，亦可獲得接合強度較強之發光裝置。

如上述般，本說明書中，「第1區域11a」於發光元件10中係與波長轉換構件20直接接合之區域。又，「第2區域11b」係與發光元件10之「第1區域11a」鄰接(直接接合)之區域。同樣地，「第3區域20a」於波長轉換構件20中係與發光元件10直接接合之區域。又，「第4區域20b」係與波長轉換構件20之「第3區域20a」鄰接之區域。

如此，與第2區域11b相比原子排列不規則之第1區域11a、與和第4區域20b相比原子排列不規則之第3區域20a係直接接合，從而形成接合界面X，且第2區域11b與第4區域20b分別自接合界面X隔開。

於本說明書中，第1區域11a及第2區域11b(第3區域20a及第4區域20b)係彼此鄰接，但於如第1區域及第2區域於不同構件間鄰接之情形時並非本案發明中所記載之第1區域及第2區域。例如，於發光元件自表面側起具有GaN層及AlGaN層之情形時，無法將GaN層設為第1區域、將AlGaN層設為第2區域。即，本說明書中之第1區域11a及第2區域11b(第3區域20a及第4區域20b)原本為一個構件，將此構件之一部分稱為第1區域，將此構件之另一部分稱為第2區域。是否為某構件之一部分，可藉由例如利用高解析透過電子顯微鏡之原子級之剖面觀察或元素分析之組成之對比而判斷。

較佳為第1區域11a與第3區域20a之一方、較佳為兩方均為非晶質(非晶)。藉此，認為可進一步抑制發光元件10與透光性構件20之間之應變。

第2區域11b與第4區域20b之一方較佳為多晶或單晶，更佳為兩方均為多晶或單晶。該情形時，更佳為單晶。於第2區域11b及/或第4區域20b為多晶或單晶(尤其係單晶)之情形時，若第2區域11b與第4區域20b直接接合則兩者間易產生應變，故於此種情形時本實施形態尤其有效。

根據應變緩和之觀點，第1區域11a及第3區域20a較佳為實質上設於接合界面X之整個區域。然而，第1區域11a及第3區域20a直接接合之區域即便為接合界面X之一部分，當然亦包含於本案發明之範圍內。

第1區域11a及第3區域20a之厚度分別可較佳為1nm以上、20nm以下，進而較佳為2nm以上、10nm以下。藉此，可充分獲得緩和應變之效果，故可增強接合強度。進而，若將第1區域11a及第3區域20a之原子排列設為不規則則亦有對出光產生惡劣影響之虞，但藉由設為上述範圍，可使光衰減之部分之厚度足夠薄，故可減少光之損失。

發光元件10之與透光性構件接合之部位11較佳為與透光性構件20相同之材料。例如，可將發光元件10之基板11設為藍寶石，使該部位與含藍寶石之透光性構件20接合。又，亦可自發光元件10除去基板11而露出GaN層，並使該部位與含GaN之透光性構件接合。藉此，可實質上消除折射率差引起之界面反射，故可抑制電極對光之吸收，進而提高出光效率。進而，可將基板與支持體之構成元素設為相同，故可期待兩者之接合強度進而增強之效果。

發光元件10並無限定，可使用眾所周知者。例如，如圖1所示，發光元件10具有基板11、設於基板11上之半導體積層部12、及於半導體積層部12之同一面側所設之n電極13及p電極14(p電極14係由電流擴散部14a與焊墊部14b構成)。作為基板11可使用藍寶石、GaN等。作為半導體積層部12，可使用由含有n層及p層之複數之氮化物半導體層(Al_XIn_YGa_1-X-YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1))積層而成者等。根據出光之觀點而言，較佳為將透光性構件20側設為觀測面側之面朝下(覆晶)安裝。

作為設於半導體積層部12之電極，可使用ITO、Ag、Al等周知之材料。例如，作為佔據較大面積之電流擴散部14a，即便使用反射率較高之Ag，由於一部分光會被Ag吸收，故無法使光完全反射。另一方面，即便使用透光性較高之ITO作為電流擴散部14a，由於一部分光會被ITO吸收，故無法使光完全透過。因此，藉由進而設置透光性構件20，可實際上增厚發光裝置而提高出光效率。再者，於將透光性構件20側設為觀測面側之情形時，如使用Ag等反射電極，則可有效地出光，故而較佳。

於將透光性構件20側設為觀測面側之情形時，亦可將透光性構件20設為凸等，而作為透鏡發揮功能。藉此，於發光元件10中直接設置作為透光性構件20之透鏡，故可使發光元件10之光高效率地掠出。

於將透光性構件20側設為觀測面側之情形時，透光性構件20之觀測面側之面積亦可大於發光元件10與透光性構件20之接合面積，且至少於透光性構件20之觀測面側設置螢光體層(未圖示)。藉此，與無透光性構件20而於發光元件10之觀測面側設置螢光體層之情形相比，可減小照射於螢光體層之光之密度，故可提高螢光體之壽命。

圖3表示本發明之一態樣之發光裝置之製造方法。如圖3所示，本實施形態之發光裝置之製造方法包含：發光元件準備步驟，其係準備具有設有電極13、14之半導體積層部12之發光元件10(參照圖3A)；透光性構件準備步驟，其係準備透光性構件20、較佳為準備不含螢光體等之具有實質上均勻之折射率及透過率的透光性構件20(參照圖3A)；及接合步驟，其係於與設有電極13、14之側為相反之側將發光元件10與透光性構件20直接接合(參照圖3B及圖3C)。

藉此，可通過透光性構件20之厚度而實質性地增大發光元件10之厚度，故可製造出光效率提高之發光裝置。詳細內容係如上所述，故此處不作說明。

再者，於圖3之例中，於發光元件準備步驟中業已將電極13、14設於半導體積層部12，但作為其他形態亦可另外設置電極形成步驟(未圖示)。即，亦可包含準備具有半導體積層部之發光元件之發光元件準備步驟、準備透光性構件之透光性構件準備步驟、將發光元件與透光性構件直接接合之接合步驟、及於與接合透光性構件之側為相反之側在半導體積層部形成電極的電極形成步驟。無論發光元件準備步驟與電極形成步驟是否分別設置，均可獲得與上述相同之效果。

發光元件10之與透光性構件20接合之部位較佳為與透光性構件20相同之材料。藉此，可實質上消除因折射率差引起之界面反射，故可製造出光效率進而提高之發光裝置。進而，可將基板與支持體之構成元素設為相同，故可期待兩者之接合強度進而增強之效果。

發光元件10及透光性構件20之接合方法並無限定，可採用熱壓接或表面活化接合法等，但較佳採用表面活化接合法。藉由表面活化接合法，可將發光元件10與透光性構件20牢固地接合。於表面活化接合法中，係藉由濺鍍蝕刻形成第1區域11a及第3區域20a，使兩者為一體而吸收發光元件10與透光性構件20之間之應變(參照圖2)。詳細內容係如上所述，故此處省略說明。

此處，所謂「表面活化接合法」，係指利用離子束或電漿等對發光元件10及透光性構件20之接合面進行濺鍍蝕刻，使兩接合面活化之後，於其接合面將發光元件10及透光性構件20直接接合者(參照圖3B及圖3C)。第1區域及第3區域係藉由用以使表面活化之濺鍍蝕刻而形成。

再者，於藉由表面活化接合法而於藍寶石(單晶之氧化鋁)表面設置非晶質之第1區域或第3區域之情形時，其等區域並非單晶，故準確而言並非藍寶石而是非晶質之氧化鋁，但本說明書中對於單晶、或非晶質之氧化鋁亦僅稱為「藍寶石」。

於藉由表面活化接合法而將發光元件10與透光性構件20接合之情形時，發光元件10較佳為並非晶圓而是使用各個分斷者(本說明書中不僅將各個分開者稱為「發光元件」、且亦將晶圓狀態者稱為「發光元件」)。即，通常晶圓之發光元件中峰值波長及輸出等特性係根據晶圓之位置而不同。然而，若為將晶圓各個分斷而成之發光元件則可任意選擇相同或類似之特性者，故而較佳。

例如，第1，於1塊之黏接片上配置任意選擇之各個發光元件，第2，藉由表面活化接合法將配置於黏接片之各個發光元件與晶圓狀之透光性構件接合(本說明書中不僅將各個分斷者稱為「透光性構件」、且亦將晶圓狀態者稱為「透光性構件」)，第3，除去黏接片，第4，可視需要將透光性構件分斷為各個發光裝置。將分斷為各個之發光元件接合於晶圓之透光性構件，進而將透光性構件各個地分斷，藉此可更容易地將發光裝置設為厚膜。即，為將發光元件及透光性構件各個地分斷而必須使一次分斷步驟中之分斷膜厚薄至某種程度，但藉由分別地進行分斷步驟而可 將發光裝置設為更大之厚膜。

另一方面，於使用藍寶石作為透光性構件並藉由一次分斷步驟而僅分斷藍寶石之情形時，若不將藍寶石之膜厚薄至某種程度則難以各個地分斷。因此，藍寶石之膜厚可設為200μm以上、600μm以下、較佳為300μm以上、500μm以下、更佳為350μm以上、450μm以下。藉此，可容易地分斷透光性構件，並且可獲得對於提高出光而言足夠之膜厚。

另一方面，若加熱發光元件則存在電極或發光層劣化之虞，但表面活化接合法並非必須要進行加熱。由此，可無損發光元件之特性而將發光元件10與透光性構件20接合。雖亦依賴於電極之材料及構成或半導體積層部之材料及構成，但表面活化接合法之實施溫度之範圍較佳為0℃以上、300℃以下、更佳為0℃以上、200℃以下、進而較佳為0℃以上、100℃以下、進而更佳為0℃以上、50℃以下。藉此，可無損發光元件之特性而牢固地接合。

於使用表面活化接合法之情形時，發光元件10及透光性構件20之接合面分別可將表面粗糙度(Ra)較佳設為10nm以下、更佳設為5nm以下、進而較佳設為1nm以下。藉此，可容易且牢固地將發光元件10及透光性構件20接合。

於使用表面活化接合法之情形時，發光元件10之與透光性構件20接合之部位係含藍寶石或GaN，透光性構件20含藍寶石或GaN者較佳。兩者易使表面平滑，故可更容易地進行表面活化接合法。

[產業上之可利用性]

本發明之一實施形態之發光裝置可利用於例如照明裝置或顯示裝置等。

10．．．發光元件

11．．．基板

11a．．．第1區域

11b．．．第2區域

12．．．半導體積層部

13．．．n電極

14．．．p電極

14a．．．電流擴散部

14b．．．焊墊部

20．．．透光性構件

20a．．．第3區域

20b．．．第4區域

X．．．接合界面

圖1係用以說明本件發明之一發光裝置之剖面之圖。

圖2係圖1之虛線部分之放大圖。

圖3A係本件發明之一發光裝置之製造方法中之發光元件及透光性構件準備步驟之圖。

圖3B係於本件發明之一發光裝置之製造方法中使發光元件與透光性構件之接合面活化之步驟之圖。

圖3C係於本件發明之一發光裝置之製造方法中將發光元件與透光性構件接合之步驟之圖。

10．．．發光元件

11．．．基板

12．．．半導體積層部

13．．．n電極

14．．．p電極

14a．．．電流擴散部

14b．．．焊墊部

20．．．透光性構件

Claims (16)

1. 一種發光裝置，其特徵在於其係依序包含透光性構件、具有半導體積層部之發光元件、及設於上述半導體積層部之電極，上述發光元件自上述透光性構件側起具有第1區域及第2區域，上述透光性構件自上述發光元件側起具有第3區域及第4區域，與上述第2區域相比，上述第1區域之原子排列不規則，與上述第4區域相比，上述第3區域之原子排列不規則，且上述第1區域與上述第3區域係直接接合。
2. 如請求項1之發光裝置，其中上述發光元件包含具有第1面與第2面之基板，該基板在第1面側具有上述第1區域、在上述第2面側具有上述第2區域，於上述基板之第2面設有上述半導體積層部。
3. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述第1區域與上述第3區域之一為非晶質。
4. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述第1區域與上述第3區域均為非晶質。
5. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述第1區域與上述第3區域之厚度為1nm以上20nm以下。
6. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述第1區域與上述第3 區域之厚度為2nm以上10nm以下。
7. 如請求項1或2之發光裝置，其中上述發光元件之與上述透光性構件接合之部位係與上述透光性構件相同之材料。
8. 一種發光裝置之製造方法，其特徵在於包含：發光元件準備步驟，其準備具有設有電極之半導體積層部之發光元件；透光性構件準備步驟，其準備透光性構件；及接合步驟，其於與設有上述電極之側為相反之側將上述發光元件與上述透光性構件直接接合；且上述發光元件之與上述透光性構件相接之部位係與上述透光性構件相同之材料。
9. 一種發光裝置之製造方法，其特徵在於包含：發光元件準備步驟，其準備具有半導體積層部之發光元件；透光性構件準備步驟，其準備透光性構件；接合步驟，其將上述發光元件與上述透光性構件直接接合；及電極形成步驟，其於與接合有上述透光性構件之側為相反之側，在上述半導體積層部形成電極；且上述發光元件之與上述透光性構件相接之部位係與上述透光性構件相同之材料。
10. 如請求項8之發光裝置之製造方法，其中上述發光元件包含基板，該基板之上設有上述半導體積層部； 上述接合步驟中，將上述基板與上述透光性構件直接接合。
11. 如請求項9之發光裝置之製造方法，其中上述發光元件包含基板，該基板之上設有上述半導體積層部；上述接合步驟中，將上述基板與上述透光性構件直接接合。
12. 如請求項8至11中任一項之發光裝置之製造方法，其中藉由表面活化接合法而將上述發光元件與上述透光性構件接合。
13. 如請求項12之發光裝置之製造方法，其中將因上述表面活化接合法所致之接合溫度，設定在0℃以上300℃以下之範圍。
14. 如請求項12之發光裝置之製造方法，其中將因上述表面活化接合法所致之接合溫度，設定在0℃以上200℃以下之範圍。
15. 如請求項12之發光裝置之製造方法，其中將因上述表面活化接合法所致之接合溫度，設定在0℃以上100℃以下之範圍。
16. 如請求項12之發光裝置之製造方法，其中上述發光元件之與透光性構件接合之部位係含藍寶石或GaN，且透光性構件係含藍寶石或GaN。