JP2004356230A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部への光取り出し効率を向上できる発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置は、発光ダイオード素子Ａと、発光ダイオード素子Ａが実装されたベース基板Ｂとを備えている。発光ダイオード素子Ａは、発光層４と、発光層４の厚み方向の一方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層３と、発光層４の厚み方向の他方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層５とからなるダブルへテロ構造を有しており、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を外部への光取り出し面としている。ｎ形半導体層３の光取り出し面にはグレーティング３ａを設けてある。また、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間には樹脂からなる封止部１４を設けてある。
【選択図】 図１
【解決手段】発光装置は、発光ダイオード素子Ａと、発光ダイオード素子Ａが実装されたベース基板Ｂとを備えている。発光ダイオード素子Ａは、発光層４と、発光層４の厚み方向の一方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層３と、発光層４の厚み方向の他方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層５とからなるダブルへテロ構造を有しており、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を外部への光取り出し面としている。ｎ形半導体層３の光取り出し面にはグレーティング３ａを設けてある。また、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間には樹脂からなる封止部１４を設けてある。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図７に示すように、サファイア基板４１の厚み方向の一表面（図７における下面）側に、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５が順次形成された発光ダイオード素子Ａ’が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。
【０００３】
上述の発光ダイオード素子Ａ’は、サファイア基板４１の厚み方向の他表面（図７における上面）を光取り出し面としたものであって、図示しない基板にフリップチップ実装して使用される。すなわち、発光層４４にて発光した光はサファイア基板４１を通して外部へ放射されることになる。なお、発光ダイオード素子Ａ’と上記基板とで発光装置が構成される。
【０００４】
ところで、上述の発光ダイオード素子Ａ’は、ｎ形半導体層４３上にｎ電極４８が形成され、ｐ形半導体層４５上に電流拡散膜４６を介してｐ電極４７が形成されている。ここに、上述の発光ダイオード素子Ａ’では、電流拡散膜４６が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されているので、発光層４４からｐ形半導体層４５側へ放射された光をｎ形半導体層４３側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率を高めることができる。なお、図７中の矢印Ｅは、発光層４４からｎ形半導体層４３側へ放射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｒは、電流拡散膜４６にて反射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２２０１７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の発光装置では、発光層４４にて発光した光が少なくともｎ形半導体層４３とサファイア基板４１とを通して外部へ放出するものであるが、サファイア基板４１とｎ形半導体層４３との屈折率差に起因してサファイア基板４１とｎ形半導体層４３との界面に到達した光の約５０％が当該界面で全反射して発光層４４に再吸収されてしまうので、外部への光取り出し効率の更なる向上が望まれている。なお、図７中の矢印Ｌは、上記界面で全反射して発光層４４に再吸収される光を示している。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、外部への光取り出し効率を向上できる発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、半導体材料からなる発光層、発光層の厚み方向の一方側に設けられ発光層よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層、発光層の厚み方向の他方側に設けられ発光層よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層、ｐ形半導体層における発光層とは反対側の表面側に設けられｐ形半導体層に電気的に接続されたｐ電極、ｎ形半導体層における発光層と同じ側の表面に設けられｎ形半導体層に電気的に接続されたｎ電極を備えた発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子のｐ電極およびｎ電極それぞれがバンプを介して電気的に接続される導体部が発光ダイオード素子との対向面に設けられたベース基板とを備え、発光ダイオード素子のｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面を光取り出し面としてなることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができる。また、発光層の厚み方向に沿った装置全体の厚さ寸法を小さくできて装置全体の小型化を図れるという利点もある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ｎ形半導体層における光取り出し面にグレーティングを設けてなることを特徴とする。この発明によれば、前記ｎ形半導体層と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ｐ電極および前記ｎ電極は金属材料により形成されてなることを特徴とする。この発明によれば、前記発光層から放射され前記ｐ電極および前記ｎ電極それぞれに到達した光を前記光取り出し面側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との間の隙間を埋める樹脂からなる封止部を備えてなることを特徴とする。この発明によれば、前記発光ダイオード素子における前記ベース基板側の表面を保護することができて且つ前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上する。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ベース基板における前記発光ダイオード素子との対向面とは反対側の面に前記各導体部それぞれに電気的に接続されたパッドが設けられてなることを特徴とする。この発明によれば、前記ベース基板において前記発光ダイオード素子を実装する側の面にパッドを設ける場合に比べて前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができ、実装基板への実装面積を小さくすることができる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備えることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項４記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備え、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設する樹脂配設工程を備えることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。また、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設しているので、封止部用の樹脂がｎ形半導体層の外周面に沿って這い上がるのを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、発光ダイオード素子Ａと、発光ダイオード素子Ａが実装されたベース基板Ｂとを備えている。
【００１６】
発光ダイオード素子Ａは、発光層４と、発光層４の厚み方向の一方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層３と、発光層４の厚み方向の他方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層５とからなるダブルへテロ構造を有している。なお、発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５はそれぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。
【００１７】
また、発光ダイオード素子Ａは、ｐ形半導体層５に電気的に接続される金属材料からなるｐ電極（アノード電極）７がｐ形半導体層５における発光層４とは反対の表面側に低抵抗の導電性材料からなる電流拡散膜６を介して設けられ、ｎ形半導体層３に電気的に接続される金属材料からなるｎ電極（カソード電極）８がｎ形半導体層３における発光層４と同じ側の表面に設けられている。ここにおいて、ｎ形半導体層３は、発光層４およびｐ形半導体層５よりも厚み方向に直交する面の面積が大きく形成されており、発光層４およびｐ形半導体層５に重ならない部分にｎ電極８が設けられている。また、電流拡散膜６は、発光層４に流れる電流の面内均一性を高めるために設けてあるが、低抵抗で且つ反射率の高い導電性材料（例えば、アルミニウムなど）により形成されており、発光層４からｐ形半導体層５側へ放射された光をｎ形半導体層３側へ反射させる反射膜としての機能も有している。
【００１８】
ベース基板Ｂは、発光ダイオード素子Ａとの対向面（図１の上面）において発光ダイオード素子Ａのｐ電極７およびｎ電極８それぞれに対応する部位に導体部１１ａ，１１ｂが設けられており、発光ダイオード素子Ａの各電極７，８が対向する各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに金属材料（例えば、金、半田など）からなるバンプ９ａ，９ｂを介して電気的に接続されている。また、ベース基板Ｂは、発光ダイオード素子Ａとの対向面とは反対側の面（図１の下面）に各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに電気的に接続されたパッド１２ａ，１２ｂが設けられており、各パッド１２ａ，１２ｂ下には金属材料（例えば、半田など）からなるボール状のバンプ１５ａ，１５ｂが設けられている。なお、各導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２，１２ｂとはベース基板Ｂに形成されたスルーホールに埋設された導電性材料からなる接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されている。
【００１９】
また、本実施形態の発光装置は、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間を埋める樹脂からなる封止部１４が設けられている。ここに、封止部１４の樹脂としては、例えば、黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂を用いればよい。
【００２０】
以上説明した本実施形態の発光装置は、発光ダイオード素子Ａのｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面（図１における上面）を光取り出し面としてある。すなわち、図７に示した従来例では発光層４４にて発光した光がサファイア基板４１を通して外部へ放射されるのに対して、本実施形態の発光装置では、発光層４にて発光した光がｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面から外部へ放射される。ここに、発光ダイオード素子Ａは、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてある。なお、グレーティング３ａは、ｎ形半導体層３の光取り出し面に、図１の左右方向に周期的に配列された多数の凹部３ｂを設けることにより形成されている。
【００２１】
しかして、本実施形態の発光装置では、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができる。しかも、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてあるので、ｎ形半導体層３と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。また、ｐ電極７およびｎ電極８それぞれが金属材料により形成されているので、発光層４から放射されｐ電極７およびｎ電極８それぞれに到達した光を光取り出し面側へ反射させることができるので、各電極７，８がＩＴＯ膜などの透明導電膜により形成されている場合に比べて、外部への光取り出し効率を向上させることができる。さらに、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間に封止部１４が設けられていることにより、発光ダイオード素子Ａにおけるベース基板Ｂ側の表面を保護することができて且つ発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上する。その上、封止部１４の樹脂として黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂を用いているので、封止部１４の樹脂として透明樹脂を用いる場合に比べて、発光ダイオード素子Ａをより確実に保護することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。また、発光ダイオード素子Ａにおけるベース基板Ｂ側から外部へ光が漏れるのを防止することができる。
【００２２】
また、本実施形態の発光装置では、ベース基板Ｂにおける発光ダイオード素子Ａとの対向面とは反対側の面に各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに電気的に接続されたパッド１２ａ，１２ｂを設けているので、ベース基板Ｂにおいて発光ダイオード素子Ａを実装する側の面にパッドを設ける場合に比べてベース基板Ｂの平面サイズを小さくすることができ、実装基板などの他の部材への実装面積を小さくすることができる。
【００２３】
また、本実施形態の発光装置では、発光ダイオード素子Ａの厚さ寸法を図７に示した従来例に比べてサファイア基板４１の厚さとバッファ層４２の膜厚とを合わせた分だけ薄くすることが可能となるので、装置全体の薄型化を図ることができる。
【００２４】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図２および図３を参照しながら説明する。
【００２５】
サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）からなるウェハ１の厚み方向の一表面（図２（ａ）における下面）側に、バッファ層２、ｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって順次成長（連続して成長）するエピタキシャル成長工程を行い、その後、ｐ形半導体層５および発光層４のうちｎ形半導体層３におけるｎ電極８の形成予定領域に対応する部分などをエッチングしてから、ｎ形半導体層３における発光層４側の露出表面にｎ電極８を形成し、続いて、ｐ形半導体層５の表面に電流拡散膜６を形成してから、電流拡散膜６の表面にｐ電極７を形成し、更にその後、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成することによって、図２（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、ウェハ１とバッファ層２とで犠牲基板を構成しており、上述のエピタキシャル成長工程が発光ダイオード素子Ａを形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を順次成長する結晶成長工程となる。また、本実施形態では、ｎ電極８を形成する工程とｐ電極７を形成する工程とを合わせて電極形成工程となる。
【００２６】
次に、ウェハ１に対応する大きさに形成され一表面側に２つ１組の導体部１１ａ，１１ｂが複数組設けられるとともに他表面側に２つ１組のパッド１２ａ，１２ｂが複数組設けられ、厚み方向に重なる導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２ａ，１２ｂとが接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されたベース基板Ｂ’の一表面側に封止部１４用の樹脂（黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂）を塗布することによって図３に示す構造を得てから、各半導体層５，３において各電極７，８が設けられた側の表面が厚み方向においてベース基板Ｂ’側となるように配置して各電極７，８それぞれをベース基板Ｂ’の導体部１１ａ，１１ｂへバンプ９ａ，９ｂを介して接続する実装工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。すなわち、本実施形態では、一表面側に複数の発光ダイオード素子Ａが形成されたウェハ１をベース基板Ｂ’にフェースダウンで実装している。なお、本実施形態では、ベース基板１４の一表面側に封止部１４用の樹脂を塗布する工程が樹脂配設工程となるが、封止部１４用の樹脂シートをベース基板１４の上記一表面側へ貼り付けるようにしてもよい。また、本実施形態では、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成してから、実装工程を行っているが、各バンプ９ａ，９ｂをベース基板Ｂ’の対応する各導体部１１ａ，１１ｂの表面に形成した後、封止部１４用の樹脂を塗布してから実装工程を行うようにしてもよい。
【００２７】
上述の実装工程を行った後、レーザ光をサファイア基板からなるウェハ１の上記他表面側からウェハ１を通してバッファ層２へ照射することでバッファ層２を熱分解してなる熱分解層２’を形成する熱分解工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００２８】
その後、熱分解層２’を塩酸などのエッチング液により除去してウェハ１を剥離する剥離工程を行い、続いて、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面にレーザ光やダイシングソーなどを利用して複数の凹部３ｂを設けることでグレーティング３ａを形成することによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。なお、この種の熱分解工程や剥離工程は例えば特開２００３−０３７２８６号公報に開示されているように周知技術である。また、本実施形態では、熱分解工程と剥離工程とで、ウェハ１とバッファ層２とからなる犠牲基板を除去してｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程となる。
【００２９】
次に、ベース基板Ｂ’の各パッド１２ａ，１２ｂそれぞれの表面にバンプ１５ａ，１５ｂを形成することによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。
【００３０】
続いて、ダイシングソーなどを用いて個々の発光装置に分離する切断工程を行うことによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。
【００３１】
以上説明した製造方法によれば、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂ’に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子Ａから犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂ’に実装する場合に比べて、取り扱いが容易になるとともに、製造途中で発光ダイオード素子Ａが破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００３２】
なお、本実施形態では、複数の発光ダイオード素子Ａが形成されたウェハ１をフェースダウンでベース基板Ｂ’に実装した後で、露出工程および切断工程を行っているが、実装工程の前にウェハ１を発光ダイオード素子Ａごとに切断して、あらかじめ発光ダイオード素子Ａに対応する大きさに形成されたベース基板Ｂに、発光ダイオード素子Ａをフェースダウンで実装し、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程を行うようにしてもよい。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、ベース基板Ｂの平面サイズが発光ダイオード素子Ａの平面サイズよりもやや大きく設定されており、封止部１４がｎ形半導体層３の外周面も覆っている点などが相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
しかして、本実施形態の発光装置においても、実施形態１の発光装置と同様、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができ、また、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてあることにより、ｎ形半導体層３と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００３５】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図５および図６を参照しながら説明する。
【００３６】
サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）からなる支持基板２１の厚み方向の一表面（図５（ａ）における下面）側に、バッファ層２、ｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって順次成長（連続して成長）するエピタキシャル成長工程を行い、その後、ｐ形半導体層５および発光層４のうちｎ形半導体層３におけるｎ電極８の形成予定領域に対応する部分などをエッチングしてから、ｎ形半導体層３における発光層４側の露出表面にｎ電極８を形成し、続いて、ｐ形半導体層５の表面に電流拡散膜６を形成してから、電流拡散膜６の表面にｐ電極７を形成し、更にその後、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成することによって、図５（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、支持基板２１とバッファ層２とで犠牲基板を構成しており、上述のエピタキシャル成長工程が発光ダイオード素子Ａを形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を順次成長する結晶成長工程となる。また、本実施形態では、ｎ電極８を形成する工程とｐ電極７を形成する工程とを合わせて電極形成工程となる。
【００３７】
次に、支持基板２１よりもやや大きな平面サイズに形成され一表面側に２つ１組の導体部１１ａ，１１ｂが設けられるとともに他表面側に２つ１組のパッド１２ａ，１２ｂが設けられ、厚み方向に重なる導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２ａ，１２ｂとが接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されたベース基板Ｂ（図６参照）に対して、各半導体層５，３において各電極７，８が設けられた側の表面が厚み方向においてベース基板Ｂ側となるように配置して各電極７，８それぞれをベース基板Ｂの導体部１１ａ，１１ｂへバンプ９ａ，９ｂを介して接続する実装工程を行い、その後、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間に樹脂を充填して封止部１４を形成することによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成してから実装工程を行っているが、各バンプ９ａ，９ｂを、各電極７，８の表面に形成する代わりにベース基板Ｂの対応する各導体部１１ａ，１１ｂの表面に形成してから実装工程を行うようにしてもよい。
【００３８】
上述の実装工程を行った後、レーザ光をサファイア基板からなる支持基板２１の他表面側から支持基板２１を通してバッファ層２へ照射することでバッファ層２を熱分解してなる熱分解層２’を形成する熱分解工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【００３９】
その後、熱分解層２’を塩酸などのエッチング液により除去して支持基板２１を剥離する剥離工程を行い、続いて、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面にレーザ光やダイシングソーなどを利用して複数の凹部３ｂを設けることでグレーティング３ａを形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、熱分解工程と剥離工程とで、支持基板２１とバッファ層２とからなる犠牲基板を除去してｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程となる。
【００４０】
次に、ベース基板Ｂの各パッド１２ａ，１２ｂそれぞれの表面にバンプ１５ａ，１５ｂを形成することによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。
【００４１】
以上説明した製造方法によれば、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂに実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子Ａから犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂに実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子Ａが破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００４２】
なお、本実施形態の製造方法では、サファイア基板からなる支持基板２１の上記一表面側に発光ダイオード素子Ａを形成してから、ベース基板Ｂに実装しているが、実施形態１の製造方法と同様に複数の発光ダイオード素子Ａをサファイア基板からなるウェハ１の一表面側に形成してから、ダイシングソーなどを用いて分離することで図５（ａ）に示す構造を得て、その後でベース基板Ｂへ実装するようにしてもよいことは勿論である。
【００４３】
ところで、上記各実施形態では、上述のように、発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５の結晶材料として窒化ガリウム系の化合物半導体材料を採用しているが、発光ダイオード素子Ａの所望の発光色に応じて窒化ガリウム系以外の化合物半導体材料以外を採用してもよい。ただし、ｎ形半導体層３の材料としては、耐酸化性に優れた材料を採用することが望ましい。また、ウェハ１や支持基板２１の材料についてもＡｌ２Ｏ３に限定するものではなく、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＣなどの材料を発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５の半導体材料に応じて適宜採用することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となるので、外部への取り出し効率を向上させることができるという効果がある。
【００４５】
請求項２の発明では、前記ｎ形半導体層と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができるという効果がある。
【００４６】
請求項３の発明では、前記発光層から放射され前記ｐ電極および前記ｎ電極それぞれに到達した光を前記光取り出し面側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができるという効果がある。
【００４７】
請求項４の発明では、前記発光ダイオード素子における前記ベース基板側の表面を保護することができて且つ前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上するという効果がある。
【００４８】
請求項５の発明では、前記ベース基板において前記発光ダイオード素子を実装する側の面にパッドを設ける場合に比べて前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができて、実装基板への実装面積を小さくすることができるという効果がある。
【００４９】
請求項６の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できるという効果がある。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上するという効果がある。
【００５０】
請求項７の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できるという効果がある。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上するという効果がある。また、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設しているので、封止部用の樹脂がｎ形半導体層の外周面に沿って這い上がるのを防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】実施形態２を示す概略断面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ 発光ダイオード素子
Ｂ ベース基板
３ ｎ形半導体層
４ 発光層
５ ｐ形半導体層
６ 電流拡散膜
７ ｐ電極
８ ｎ電極
９ａ，９ｂ バンプ
１１ａ，１１ｂ 導体部
１２ａ，１２ｂ パッド
１４ 封止部
１５ａ，１５ｂ バンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図７に示すように、サファイア基板４１の厚み方向の一表面（図７における下面）側に、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５が順次形成された発光ダイオード素子Ａ’が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、バッファ層４２、ｎ形半導体層４３、発光層４４、ｐ形半導体層４５は、それぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。
【０００３】
上述の発光ダイオード素子Ａ’は、サファイア基板４１の厚み方向の他表面（図７における上面）を光取り出し面としたものであって、図示しない基板にフリップチップ実装して使用される。すなわち、発光層４４にて発光した光はサファイア基板４１を通して外部へ放射されることになる。なお、発光ダイオード素子Ａ’と上記基板とで発光装置が構成される。
【０００４】
ところで、上述の発光ダイオード素子Ａ’は、ｎ形半導体層４３上にｎ電極４８が形成され、ｐ形半導体層４５上に電流拡散膜４６を介してｐ電極４７が形成されている。ここに、上述の発光ダイオード素子Ａ’では、電流拡散膜４６が導電性を有し且つ反射率の高い金属材料により形成されているので、発光層４４からｐ形半導体層４５側へ放射された光をｎ形半導体層４３側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率を高めることができる。なお、図７中の矢印Ｅは、発光層４４からｎ形半導体層４３側へ放射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示し、同図中の矢印Ｒは、電流拡散膜４６にて反射されサファイア基板４１の光取り出し面を通して外部へ放射された光を示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２２０１７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の発光装置では、発光層４４にて発光した光が少なくともｎ形半導体層４３とサファイア基板４１とを通して外部へ放出するものであるが、サファイア基板４１とｎ形半導体層４３との屈折率差に起因してサファイア基板４１とｎ形半導体層４３との界面に到達した光の約５０％が当該界面で全反射して発光層４４に再吸収されてしまうので、外部への光取り出し効率の更なる向上が望まれている。なお、図７中の矢印Ｌは、上記界面で全反射して発光層４４に再吸収される光を示している。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、外部への光取り出し効率を向上できる発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、半導体材料からなる発光層、発光層の厚み方向の一方側に設けられ発光層よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層、発光層の厚み方向の他方側に設けられ発光層よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層、ｐ形半導体層における発光層とは反対側の表面側に設けられｐ形半導体層に電気的に接続されたｐ電極、ｎ形半導体層における発光層と同じ側の表面に設けられｎ形半導体層に電気的に接続されたｎ電極を備えた発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子のｐ電極およびｎ電極それぞれがバンプを介して電気的に接続される導体部が発光ダイオード素子との対向面に設けられたベース基板とを備え、発光ダイオード素子のｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面を光取り出し面としてなることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができる。また、発光層の厚み方向に沿った装置全体の厚さ寸法を小さくできて装置全体の小型化を図れるという利点もある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ｎ形半導体層における光取り出し面にグレーティングを設けてなることを特徴とする。この発明によれば、前記ｎ形半導体層と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ｐ電極および前記ｎ電極は金属材料により形成されてなることを特徴とする。この発明によれば、前記発光層から放射され前記ｐ電極および前記ｎ電極それぞれに到達した光を前記光取り出し面側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との間の隙間を埋める樹脂からなる封止部を備えてなることを特徴とする。この発明によれば、前記発光ダイオード素子における前記ベース基板側の表面を保護することができて且つ前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上する。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ベース基板における前記発光ダイオード素子との対向面とは反対側の面に前記各導体部それぞれに電気的に接続されたパッドが設けられてなることを特徴とする。この発明によれば、前記ベース基板において前記発光ダイオード素子を実装する側の面にパッドを設ける場合に比べて前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができ、実装基板への実装面積を小さくすることができる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備えることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項４記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備え、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設する樹脂配設工程を備えることを特徴とする。この発明によれば、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。また、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設しているので、封止部用の樹脂がｎ形半導体層の外周面に沿って這い上がるのを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、発光ダイオード素子Ａと、発光ダイオード素子Ａが実装されたベース基板Ｂとを備えている。
【００１６】
発光ダイオード素子Ａは、発光層４と、発光層４の厚み方向の一方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層３と、発光層４の厚み方向の他方側に設けられ発光層４よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層５とからなるダブルへテロ構造を有している。なお、発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５はそれぞれ窒化ガリウム系の化合物半導体材料（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）により形成されている。
【００１７】
また、発光ダイオード素子Ａは、ｐ形半導体層５に電気的に接続される金属材料からなるｐ電極（アノード電極）７がｐ形半導体層５における発光層４とは反対の表面側に低抵抗の導電性材料からなる電流拡散膜６を介して設けられ、ｎ形半導体層３に電気的に接続される金属材料からなるｎ電極（カソード電極）８がｎ形半導体層３における発光層４と同じ側の表面に設けられている。ここにおいて、ｎ形半導体層３は、発光層４およびｐ形半導体層５よりも厚み方向に直交する面の面積が大きく形成されており、発光層４およびｐ形半導体層５に重ならない部分にｎ電極８が設けられている。また、電流拡散膜６は、発光層４に流れる電流の面内均一性を高めるために設けてあるが、低抵抗で且つ反射率の高い導電性材料（例えば、アルミニウムなど）により形成されており、発光層４からｐ形半導体層５側へ放射された光をｎ形半導体層３側へ反射させる反射膜としての機能も有している。
【００１８】
ベース基板Ｂは、発光ダイオード素子Ａとの対向面（図１の上面）において発光ダイオード素子Ａのｐ電極７およびｎ電極８それぞれに対応する部位に導体部１１ａ，１１ｂが設けられており、発光ダイオード素子Ａの各電極７，８が対向する各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに金属材料（例えば、金、半田など）からなるバンプ９ａ，９ｂを介して電気的に接続されている。また、ベース基板Ｂは、発光ダイオード素子Ａとの対向面とは反対側の面（図１の下面）に各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに電気的に接続されたパッド１２ａ，１２ｂが設けられており、各パッド１２ａ，１２ｂ下には金属材料（例えば、半田など）からなるボール状のバンプ１５ａ，１５ｂが設けられている。なお、各導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２，１２ｂとはベース基板Ｂに形成されたスルーホールに埋設された導電性材料からなる接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されている。
【００１９】
また、本実施形態の発光装置は、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間を埋める樹脂からなる封止部１４が設けられている。ここに、封止部１４の樹脂としては、例えば、黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂を用いればよい。
【００２０】
以上説明した本実施形態の発光装置は、発光ダイオード素子Ａのｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面（図１における上面）を光取り出し面としてある。すなわち、図７に示した従来例では発光層４４にて発光した光がサファイア基板４１を通して外部へ放射されるのに対して、本実施形態の発光装置では、発光層４にて発光した光がｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面から外部へ放射される。ここに、発光ダイオード素子Ａは、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてある。なお、グレーティング３ａは、ｎ形半導体層３の光取り出し面に、図１の左右方向に周期的に配列された多数の凹部３ｂを設けることにより形成されている。
【００２１】
しかして、本実施形態の発光装置では、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができる。しかも、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてあるので、ｎ形半導体層３と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。また、ｐ電極７およびｎ電極８それぞれが金属材料により形成されているので、発光層４から放射されｐ電極７およびｎ電極８それぞれに到達した光を光取り出し面側へ反射させることができるので、各電極７，８がＩＴＯ膜などの透明導電膜により形成されている場合に比べて、外部への光取り出し効率を向上させることができる。さらに、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間に封止部１４が設けられていることにより、発光ダイオード素子Ａにおけるベース基板Ｂ側の表面を保護することができて且つ発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上する。その上、封止部１４の樹脂として黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂を用いているので、封止部１４の樹脂として透明樹脂を用いる場合に比べて、発光ダイオード素子Ａをより確実に保護することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。また、発光ダイオード素子Ａにおけるベース基板Ｂ側から外部へ光が漏れるのを防止することができる。
【００２２】
また、本実施形態の発光装置では、ベース基板Ｂにおける発光ダイオード素子Ａとの対向面とは反対側の面に各導体部１１ａ，１１ｂそれぞれに電気的に接続されたパッド１２ａ，１２ｂを設けているので、ベース基板Ｂにおいて発光ダイオード素子Ａを実装する側の面にパッドを設ける場合に比べてベース基板Ｂの平面サイズを小さくすることができ、実装基板などの他の部材への実装面積を小さくすることができる。
【００２３】
また、本実施形態の発光装置では、発光ダイオード素子Ａの厚さ寸法を図７に示した従来例に比べてサファイア基板４１の厚さとバッファ層４２の膜厚とを合わせた分だけ薄くすることが可能となるので、装置全体の薄型化を図ることができる。
【００２４】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図２および図３を参照しながら説明する。
【００２５】
サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）からなるウェハ１の厚み方向の一表面（図２（ａ）における下面）側に、バッファ層２、ｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって順次成長（連続して成長）するエピタキシャル成長工程を行い、その後、ｐ形半導体層５および発光層４のうちｎ形半導体層３におけるｎ電極８の形成予定領域に対応する部分などをエッチングしてから、ｎ形半導体層３における発光層４側の露出表面にｎ電極８を形成し、続いて、ｐ形半導体層５の表面に電流拡散膜６を形成してから、電流拡散膜６の表面にｐ電極７を形成し、更にその後、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成することによって、図２（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、ウェハ１とバッファ層２とで犠牲基板を構成しており、上述のエピタキシャル成長工程が発光ダイオード素子Ａを形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を順次成長する結晶成長工程となる。また、本実施形態では、ｎ電極８を形成する工程とｐ電極７を形成する工程とを合わせて電極形成工程となる。
【００２６】
次に、ウェハ１に対応する大きさに形成され一表面側に２つ１組の導体部１１ａ，１１ｂが複数組設けられるとともに他表面側に２つ１組のパッド１２ａ，１２ｂが複数組設けられ、厚み方向に重なる導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２ａ，１２ｂとが接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されたベース基板Ｂ’の一表面側に封止部１４用の樹脂（黒色のフィラー入りのエポキシ樹脂）を塗布することによって図３に示す構造を得てから、各半導体層５，３において各電極７，８が設けられた側の表面が厚み方向においてベース基板Ｂ’側となるように配置して各電極７，８それぞれをベース基板Ｂ’の導体部１１ａ，１１ｂへバンプ９ａ，９ｂを介して接続する実装工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。すなわち、本実施形態では、一表面側に複数の発光ダイオード素子Ａが形成されたウェハ１をベース基板Ｂ’にフェースダウンで実装している。なお、本実施形態では、ベース基板１４の一表面側に封止部１４用の樹脂を塗布する工程が樹脂配設工程となるが、封止部１４用の樹脂シートをベース基板１４の上記一表面側へ貼り付けるようにしてもよい。また、本実施形態では、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成してから、実装工程を行っているが、各バンプ９ａ，９ｂをベース基板Ｂ’の対応する各導体部１１ａ，１１ｂの表面に形成した後、封止部１４用の樹脂を塗布してから実装工程を行うようにしてもよい。
【００２７】
上述の実装工程を行った後、レーザ光をサファイア基板からなるウェハ１の上記他表面側からウェハ１を通してバッファ層２へ照射することでバッファ層２を熱分解してなる熱分解層２’を形成する熱分解工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００２８】
その後、熱分解層２’を塩酸などのエッチング液により除去してウェハ１を剥離する剥離工程を行い、続いて、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面にレーザ光やダイシングソーなどを利用して複数の凹部３ｂを設けることでグレーティング３ａを形成することによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。なお、この種の熱分解工程や剥離工程は例えば特開２００３−０３７２８６号公報に開示されているように周知技術である。また、本実施形態では、熱分解工程と剥離工程とで、ウェハ１とバッファ層２とからなる犠牲基板を除去してｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程となる。
【００２９】
次に、ベース基板Ｂ’の各パッド１２ａ，１２ｂそれぞれの表面にバンプ１５ａ，１５ｂを形成することによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。
【００３０】
続いて、ダイシングソーなどを用いて個々の発光装置に分離する切断工程を行うことによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。
【００３１】
以上説明した製造方法によれば、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂ’に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子Ａから犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂ’に実装する場合に比べて、取り扱いが容易になるとともに、製造途中で発光ダイオード素子Ａが破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００３２】
なお、本実施形態では、複数の発光ダイオード素子Ａが形成されたウェハ１をフェースダウンでベース基板Ｂ’に実装した後で、露出工程および切断工程を行っているが、実装工程の前にウェハ１を発光ダイオード素子Ａごとに切断して、あらかじめ発光ダイオード素子Ａに対応する大きさに形成されたベース基板Ｂに、発光ダイオード素子Ａをフェースダウンで実装し、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程を行うようにしてもよい。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、ベース基板Ｂの平面サイズが発光ダイオード素子Ａの平面サイズよりもやや大きく設定されており、封止部１４がｎ形半導体層３の外周面も覆っている点などが相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
しかして、本実施形態の発光装置においても、実施形態１の発光装置と同様、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面を光取り出し面としていることにより、外部への光取り出し効率を向上させることができ、また、ｎ形半導体層３における光取り出し面にグレーティング３ａを設けてあることにより、ｎ形半導体層３と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができる。
【００３５】
以下、本実施形態の発光装置の製造方法について図５および図６を参照しながら説明する。
【００３６】
サファイア基板（α−Ａｌ２Ｏ３基板）からなる支持基板２１の厚み方向の一表面（図５（ａ）における下面）側に、バッファ層２、ｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって順次成長（連続して成長）するエピタキシャル成長工程を行い、その後、ｐ形半導体層５および発光層４のうちｎ形半導体層３におけるｎ電極８の形成予定領域に対応する部分などをエッチングしてから、ｎ形半導体層３における発光層４側の露出表面にｎ電極８を形成し、続いて、ｐ形半導体層５の表面に電流拡散膜６を形成してから、電流拡散膜６の表面にｐ電極７を形成し、更にその後、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成することによって、図５（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、支持基板２１とバッファ層２とで犠牲基板を構成しており、上述のエピタキシャル成長工程が発光ダイオード素子Ａを形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層３、発光層４、ｐ形半導体層５を順次成長する結晶成長工程となる。また、本実施形態では、ｎ電極８を形成する工程とｐ電極７を形成する工程とを合わせて電極形成工程となる。
【００３７】
次に、支持基板２１よりもやや大きな平面サイズに形成され一表面側に２つ１組の導体部１１ａ，１１ｂが設けられるとともに他表面側に２つ１組のパッド１２ａ，１２ｂが設けられ、厚み方向に重なる導体部１１ａ，１１ｂとパッド１２ａ，１２ｂとが接続部１３ａ，１３ｂを介して電気的に接続されたベース基板Ｂ（図６参照）に対して、各半導体層５，３において各電極７，８が設けられた側の表面が厚み方向においてベース基板Ｂ側となるように配置して各電極７，８それぞれをベース基板Ｂの導体部１１ａ，１１ｂへバンプ９ａ，９ｂを介して接続する実装工程を行い、その後、発光ダイオード素子Ａとベース基板Ｂとの間の隙間に樹脂を充填して封止部１４を形成することによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各電極７，８それぞれの表面にバンプ９ａ，９ｂを形成してから実装工程を行っているが、各バンプ９ａ，９ｂを、各電極７，８の表面に形成する代わりにベース基板Ｂの対応する各導体部１１ａ，１１ｂの表面に形成してから実装工程を行うようにしてもよい。
【００３８】
上述の実装工程を行った後、レーザ光をサファイア基板からなる支持基板２１の他表面側から支持基板２１を通してバッファ層２へ照射することでバッファ層２を熱分解してなる熱分解層２’を形成する熱分解工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。
【００３９】
その後、熱分解層２’を塩酸などのエッチング液により除去して支持基板２１を剥離する剥離工程を行い、続いて、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面にレーザ光やダイシングソーなどを利用して複数の凹部３ｂを設けることでグレーティング３ａを形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、熱分解工程と剥離工程とで、支持基板２１とバッファ層２とからなる犠牲基板を除去してｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面全体を露出させる露出工程となる。
【００４０】
次に、ベース基板Ｂの各パッド１２ａ，１２ｂそれぞれの表面にバンプ１５ａ，１５ｂを形成することによって、図５（ｅ）に示す構造を得る。
【００４１】
以上説明した製造方法によれば、ｎ形半導体層３における発光層４とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できる。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂに実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子Ａから犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子Ａをベース基板Ｂに実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子Ａが破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上する。
【００４２】
なお、本実施形態の製造方法では、サファイア基板からなる支持基板２１の上記一表面側に発光ダイオード素子Ａを形成してから、ベース基板Ｂに実装しているが、実施形態１の製造方法と同様に複数の発光ダイオード素子Ａをサファイア基板からなるウェハ１の一表面側に形成してから、ダイシングソーなどを用いて分離することで図５（ａ）に示す構造を得て、その後でベース基板Ｂへ実装するようにしてもよいことは勿論である。
【００４３】
ところで、上記各実施形態では、上述のように、発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５の結晶材料として窒化ガリウム系の化合物半導体材料を採用しているが、発光ダイオード素子Ａの所望の発光色に応じて窒化ガリウム系以外の化合物半導体材料以外を採用してもよい。ただし、ｎ形半導体層３の材料としては、耐酸化性に優れた材料を採用することが望ましい。また、ウェハ１や支持基板２１の材料についてもＡｌ２Ｏ３に限定するものではなく、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＣなどの材料を発光層４、ｎ形半導体層３、ｐ形半導体層５の半導体材料に応じて適宜採用することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となるので、外部への取り出し効率を向上させることができるという効果がある。
【００４５】
請求項２の発明では、前記ｎ形半導体層と空気との屈折率差に起因した全反射を抑制することができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができるという効果がある。
【００４６】
請求項３の発明では、前記発光層から放射され前記ｐ電極および前記ｎ電極それぞれに到達した光を前記光取り出し面側へ反射させることができ、外部への光取り出し効率をより向上させることができるという効果がある。
【００４７】
請求項４の発明では、前記発光ダイオード素子における前記ベース基板側の表面を保護することができて且つ前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との接合強度が向上するので、取り扱いが容易になるとともに、接合信頼性が向上するという効果がある。
【００４８】
請求項５の発明では、前記ベース基板において前記発光ダイオード素子を実装する側の面にパッドを設ける場合に比べて前記ベース基板の平面サイズを小さくすることができて、実装基板への実装面積を小さくすることができるという効果がある。
【００４９】
請求項６の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取り出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できるという効果がある。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上するという効果がある。
【００５０】
請求項７の発明では、ｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面が光取出し面となり外部への光取り出し効率が向上した発光装置を提供できるという効果がある。また、犠牲基板の一表面側に形成した発光ダイオード素子をベース基板に実装した後で犠牲基板を除去するので、発光ダイオード素子から犠牲基板を除去した後で発光ダイオード素子をベース基板に実装する場合に比べて、製造途中で発光ダイオード素子が破損するのを防止することができ、製造歩留まりが向上するという効果がある。また、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設しているので、封止部用の樹脂がｎ形半導体層の外周面に沿って這い上がるのを防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】実施形態２を示す概略断面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図７】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
Ａ 発光ダイオード素子
Ｂ ベース基板
３ ｎ形半導体層
４ 発光層
５ ｐ形半導体層
６ 電流拡散膜
７ ｐ電極
８ ｎ電極
９ａ，９ｂ バンプ
１１ａ，１１ｂ 導体部
１２ａ，１２ｂ パッド
１４ 封止部
１５ａ，１５ｂ バンプ
Claims (7)
- 半導体材料からなる発光層、発光層の厚み方向の一方側に設けられ発光層よりもバンドギャップが大きなｎ形半導体層、発光層の厚み方向の他方側に設けられ発光層よりもバンドギャップの大きなｐ形半導体層、ｐ形半導体層における発光層とは反対側の表面側に設けられｐ形半導体層に電気的に接続されたｐ電極、ｎ形半導体層における発光層と同じ側の表面に設けられｎ形半導体層に電気的に接続されたｎ電極を備えた発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子のｐ電極およびｎ電極それぞれがバンプを介して電気的に接続される導体部が発光ダイオード素子との対向面に設けられたベース基板とを備え、発光ダイオード素子のｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面を光取り出し面としてなることを特徴とする発光装置。
- 前記ｎ形半導体層における光取り出し面にグレーティングを設けてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
- 前記ｐ電極および前記ｎ電極は金属材料により形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
- 前記発光ダイオード素子と前記ベース基板との間の隙間を埋める樹脂からなる封止部を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発光装置。
- 前記ベース基板における前記発光ダイオード素子との対向面とは反対側の面に前記各導体部それぞれに電気的に接続されたパッドが設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発光装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
- 請求項４記載の発光装置の製造方法であって、発光ダイオード素子を形成するための犠牲基板の一表面側にｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層を順次成長する結晶成長工程と、結晶成長工程の後でｎ電極およびｐ電極を形成する電極形成工程と、ｎ電極およびｐ電極それぞれをベース基板の導体部へバンプを介して接続する実装工程と、実装工程の後で犠牲基板を除去してｎ形半導体層における発光層とは反対側の表面全体を露出させる露出工程とを備え、実装工程よりも前にベース基板における導体部が設けられている側の面に封止部用の樹脂を配設する樹脂配設工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
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