(57)【要約】【課題】多重反射に起因した光損失の低減による発光効率の向上を図れるとともに製造歩留まりの向上を図れる発光装置を提供する。【解決手段】ｎ形窒化物半導体層（ｎ形半導体層）１２と窒化物発光層（発光層）１３とｐ形窒化物半導体層（ｐ形半導体層）１４との積層構造を有するＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側が底面３１側となる形でＬＥＤチップ１０に重ねて配置された第１の透明材料（例えば、ＺｎＯ）からなる錘状（六角錘台状）の透明部材３０と、透明部材３０とＬＥＤチップ１０との間に介在し両者を接着する第２の透明材料（例えば、シリコーン樹脂）からなる接着層２０とを備える。第１の透明材料の屈折率が第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面と透明部材３０との最短距離Ｌを、ＬＥＤチップ１０からの光がエバネッセント波として透明部材３０へ滲み出すように設定してある。【選択図】図１
2011060966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ形半導体層と発光層とｐ形半導体層との積層構造を有するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側が底面側となる形でＬＥＤチップに重ねて配置された第１の透明材料からなる錘状の透明部材と、透明部材とＬＥＤチップとの間に介在し両者を接着する第２の透明材料からなる接着層とを備え、第１の透明材料の屈折率が第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの光取り出し面と透明部材との最短距離を、ＬＥＤチップからの光がエバネッセント波として透明部材へ滲み出すように設定してあることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤチップの光取り出し面側に光の進行方向を変える微細凹凸構造を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記接着層に、前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長よりも長波長の光を放射する色変換材を含有させ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。
【請求項４】
前記接着層に、光拡散材を含有させてなることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップが実装された実装基板を備え、前記ＬＥＤチップは、前記ｐ形半導体層における前記発光層側とは反対側にアノード電極が形成されるとともに、前記ｎ形半導体層における前記発光層の積層側にカソード電極が形成されてなり、アノード電極およびカソード電極それぞれがバンプを介して、実装基板において前記ＬＥＤチップのアノード電極およびカソード電極それぞれに対応付けられた導体パターンと接合さ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１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を備えた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光層が窒化物半導体材料（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなど）により形成されたＬＥＤチップからなる半導体発光素子の高効率化および高出力化の研究開発が各所で行われている。また、この種の半導体発光素子と、半導体発光素子から放射された光によって励起されて半導体発光素子よりも長波長の光を放射する波長変換材料である蛍光体とを組み合わせて半導体発光素子の発光色とは異なる色合いの混色光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。なお、この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射する半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置（一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている）の商品化がなされている。
【０００３】
ところで、上述の半導体発光素子の光出力の高出力化を目的として発光層で発光した光を効率良く外部へ取り出すために、半導体発光素子の光取り出し面側に多数の錘状突起を設けることで微細凹凸構造を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、この種の微細凹凸構造を形成した半導体発光素子を備えた発光装置として、図７に示すように、半導体発光素子であるＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板４０と、透光性封止材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成されＬＥＤチップ１０および実装基板４０を封止したレンズ状の封止部６０とを備えたものが提案されている。なお、図７に示した例では、実装基板４０をサブマウントとして当該実装基板４０を配線基板７０に搭載してある。
【０００５】
ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、ＧａＮ基板からなる透光性基板１１の一表面側にｎ形窒化物半導体層（例えば、ｎ形ＧａＮ層）１２と窒化物発光層１３とｐ形窒化物半導体層（例えば、ｐ形ＧａＮ層）１４との積層構造を有し、ｐ形窒化物半導体層１４における窒化物発光層１３側とは反対側にアノード電極１７が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層１２における窒化物発光層１３の積層側にカソード電極１８が形成されている。また、ＬＥＤチップ１０は、透光性基板１１の他表面側に微細凹凸構造１５が形成されている。なお、アノード電極１７は、窒化物発光層１３から放射される光に対する反射率の高い材料により形成されている。
【０００６】
また、近年、光取り出し効率の向上を目的として、ｎ形ＧａＮ層およびｐ形ＧａＮ層を有するＬＥＤ薄膜部と透明で導電性を有するｎ形ＺｎＯ基板とを接合してから、ｎ形ＺｎＯ基板をエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングにより六角錘状に加工してなるＬＥＤチップ（半導体発光素子）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図８に示すように、この種のＬＥＤチップ１０’は、ｎ形窒化物半導体層（例えば、ｎ形ＧａＮ層）１２’と窒化物発光層１３’とｐ形窒化物半導体層（ｐ形ＧａＮ層）１４’との積層構造を有するＬＥＤ薄膜部と、ＬＥＤ薄膜部に接合された六角錘状のｎ形ＺｎＯ基板１９’とを備え、六角錘状のｎ形ＺｎＯ基板１９’の底面にアノード電極１７’が形成されるとともに、ＬＥＤ薄膜部のｎ形窒化物半導体層１２’におけるｎ形ＺｎＯ基板１９’側とは反対側にカソード電極１８’が形成されている。
【０００７】
ここで、図８に示した構成のＬＥＤチップ１０’の製造にあたっては、主表面が（０００１）面のサファイアウェハの上記主表面側にｎ形窒化物半導体層１２’と窒化物発光層１３’とｐ形窒化物半導体層１４’との積層構造を有するＬＥＤ薄膜部をＭＯＶＰＥ法などにより成長する結晶成長工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＬＥＤ薄膜部を所望の形状にパターニングするパターニング工程を行い、次に、サファイアウェハの上記主表面側のＬＥＤ薄膜部とｎ形ＺｎＯ基板１９’の基礎となるｎ形ＺｎＯウェハとを直接接合するウェハ接合工程を行ってから、ＬＥＤ薄膜部とサファイアウェハとの界面付近にレーザ光を照射してＬＥＤ薄膜部からサファイアウェハを除去するウェハリフトオフ工程（レーザリフトオフ工程）を行い、続いて、各電極１７’，１８’を形成する電極形成工程を行ってから、ｎ形ＺｎＯウェハにおけるＬＥＤ薄膜部側とは反対側に所定形状にパターニングされたマスク層を形成するマスク層形成工程を行い、その後、塩酸系のエッチング液（例えば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングを行うことによりｎ形ＺｎＯウェハの一部からなる六角錘状のｎ形ＺｎＯ基板１９’を形成する加工工程を行い、その後、上記マスク層を除去するマスク層除去工程を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５０２６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１８１７４０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「松下電工とＵＣＳＢの新型ＬＥＤ，外部量子効率８０％を目指す」，日経エレクトロニクス，日経ＢＰ社，２００８年２月１１日，ｐ．１６−１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図７に示した構成の発光装置では、微細凹凸構造１５の錘状突起から出射した光が隣接する錘状突起に再入射してしまう成分があり、この成分に起因して光取り出し効率の向上が低下する。また、図７に示した構成の発光装置では、微細凹凸構造１５の有無に関わらず、ＬＥＤチップ１０内部での多重反射に起因して、アノード電極１７およびカソード電極１８での光吸収、窒化物発光層１３での光吸収、透光性基板１１での光吸収などによる光損失が多くなるので、発光効率が低いという問題があった。
【００１１】
また、図８に示した構成のＬＥＤチップ１０’では、ｎ形ＺｎＯ基板１９’の屈折率がｐ形窒化物半導体層１４’の屈折率よりも小さく、ＬＥＤ薄膜部で発生した光のうちｎ形ＺｎＯ基板１９’とｐ形窒化物半導体層１４’との接合面に対して低入射角の光がｎ形ＺｎＯ基板１９’に導入されず、多重反射に起因した光損失が発生してしまうので、発光効率のより一層の向上が望まれていた。また、図７に示した構成のＬＥＤチップ１０’は、製造時に上述のウェハ接合工程およびウェハリフトオフ工程が必要であり、製造歩留まりが低かった。
【００１２】
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、多重反射に起因した光損失の低減による発光効率の向上を図れるとともに製造歩留まりの向上を図れる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、ｎ形半導体層と発光層とｐ形半導体層との積層構造を有するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側が底面側となる形でＬＥＤチップに重ねて配置された第１の透明材料からなる錘状の透明部材と、透明部材とＬＥＤチップとの間に介在し両者を接着する第２の透明材料からなる接着層とを備え、第１の透明材料の屈折率が第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの光取り出し面と透明部材との最短距離を、ＬＥＤチップからの光がエバネッセント波として透明部材へ滲み出すように設定してあることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ＬＥＤチップの光取り出し面側が底面側となる形でＬＥＤチップに重ねて配置された第１の透明材料からなる錘状の透明部材と、透明部材とＬＥＤチップとの間に介在し両者を接着する第２の透明材料からなる接着層とを備え、第１の透明材料の屈折率が第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップの光取り出し面と透明部材との最短距離を、ＬＥＤチップからの光がエバネッセント波として透明部材へ滲み出すように設定してあるので、ＬＥＤチップから放射される光が接着層を介して錘状の透明部材にエバネッセント効果により滲み出すから、ＬＥＤチップから放射される光の透明部材への入射角によらずＬＥＤチップからの光を効率良く透明部材へ導入することができ、多重反射に起因した光損失の低減による発光効率の向上を図れ、また、錘状の透明部材をＬＥＤチップに対して接着層により接着しているので、製造時にウェハ接合工程およびウェハリフトオフ工程が不要であり、製造歩留まりの向上を図れる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ＬＥＤチップの光取り出し面側に光の進行方向を変える微細凹凸構造を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップの光取り出し面側に光の進行方向を変える微細凹凸構造が形成されているので、前記ＬＥＤチップで発生した光をより効率良く前記透明部材に導入できるようになって、光取り出し効率が向上し、結果的に発光効率が向上する。
【００１７】
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、前記接着層に、前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長よりも長波長の光を放射する色変換材を含有させてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記接着層に、前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップの発光ピーク波長よりも長波長の光を放射する色変換材を含有させてあるので、前記ＬＥＤチップから放射される光と色変換材から放射される光との混色光を得ることができ、しかも、色変換材から放射される光を前記透明部材に効率良く導入することができる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記接着層に、光拡散材を含有させてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記接着層に、光拡散材を含有させてあるので、色むらを低減できる。
【００２１】
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ＬＥＤチップが実装された実装基板を備え、前記ＬＥＤチップは、前記ｐ形半導体層における前記発光層側とは反対側にアノード電極が形成されるとともに、前記ｎ形半導体層における前記発光層の積層側にカソード電極が形成されてなり、アノード電極およびカソード電極それぞれがバンプを介して、実装基板において前記ＬＥＤチップのアノード電極およびカソード電極それぞれに対応付けられた導体パターンと接合されてなることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップのアノード電極およびカソード電極それぞれが、実装基板において前記ＬＥＤチップのアノード電極およびカソード電極それぞれに対応付けられた導体パターンと接合されているので、前記ＬＥＤチップの光取り出し面側にアノード電極やカソード電極が形成されている場合に比べて前記ＬＥＤチップと前記透明部材との接着が容易になるとともに前記接着層の厚さの制御性が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明では、多重反射に起因した光損失の低減による発光効率の向上を図れるとともに製造歩留まりの向上を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１の発光装置の概略断面図である。
【図２】同上の発光装置の特性説明図である。
【図３】同上の発光装置の特性説明図である。
【図４】実施形態２の発光装置の概略断面図である。
【図５】実施形態３の発光装置の概略断面図である。
【図６】実施形態４の発光装置の概略断面図である。
【図７】従来例の発光装置の概略断面図である。
【図８】他の従来例のＬＥＤチップの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、ｎ形窒化物半導体層１２と窒化物発光層１３とｐ形窒化物半導体層１４との積層構造を有するＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側が底面３１側となる形でＬＥＤチップ１０に重ねて配置された第１の透明材料（例えば、ＺｎＯなど）からなる錘状（ここでは、六角錘台状）の透明部材３０と、透明部材３０とＬＥＤチップ１０との間に介在し両者を接着する第２の透明材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接着層２０とを備えている。なお、本実施形態では、ｎ形窒化物半導体層がｎ形半導体層を構成し、窒化物発光層１３が発光層を構成し、ｐ形窒化物半導体層がｐ形半導体層を構成している。
【００２６】
また、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板４０を備えている。
【００２７】
ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、ｐ形窒化物半導体層１４における窒化物発光層１３側とは反対側にアノード電極１７が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層１２における窒化物発光層１３の積層側にカソード電極１８が形成されており、アノード電極１７およびカソード電極１８それぞれがバンプ５７，５８を介して、実装基板４０においてＬＥＤチップ１０のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれに対応付けられた導体パターン４７，４８と各別に接合されている。
【００２８】
実装基板４０は、電気絶縁性を有し且つ熱伝導率の高い窒化アルミニウム基板からなる平板状の絶縁性基板４１の一表面側に、ＬＥＤチップ１０のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれとバンプ５７，５８を介して接合される上述の導体パターン４７，４８が形成されている。なお、実装基板４０の平面視形状は、矩形状（本実施形態では、正方形状）となっているが、正方形状に限らず、例えば、長方形状、円形状、六角形状でもよい。
【００２９】
実装基板４０の絶縁性基板４１は、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱させる伝熱板を兼ねたものであり、ガラスエポキシ樹脂基板などの有機系基板に比べて熱伝導率の高いものであればよく、窒化アルミニウム基板に限らず、例えば、アルミナ基板や、ホーロー基板、表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板などを採用してもよい。また、導体パターン４７，４８は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成され、最上層がＡｕ膜となっている。
【００３０】
上述の各バンプ５７，５８は、材料としてＡｕを採用しており、実装基板４０の各導体パターン４７，４８の表面上にスタッドバンプ法（ボールバンプ法とも呼ばれている）により形成されたスタッドバンプにより構成されている。ここにおいて、カソード電極１８に比べて大面積のアノード電極１７に接合するバンプ５７の個数は特に限定するものではないが、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を効率良く放熱させる観点からは数が多いほうが好ましい。なお、バンプ５７，５８は、スタッドバンプに限らず、例えば、めっき法により形成されたバンプ（所謂めっきバンプ）でもよい。
【００３１】
上述のＬＥＤチップ１０は、図１に示すように、透光性基板１１の一表面側（図１における下面側）にｎ形ＧａＮ層からなるｎ形窒化物半導体層１２が形成され、ｎ形窒化物半導体層１２上に量子井戸構造を有する窒化物発光層１３が形成され、窒化物発光層１３上にｐ形ＧａＮ層からなるｐ形窒化物半導体層１４が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、透光性基板１１の上記一表面側にｎ形窒化物半導体層１２と窒化物発光層１３とｐ形窒化物半導体層１４との積層構造を有している。なお、ｎ形窒化物半導体層１２、窒化物発光層１３、およびｐ形窒化物半導体層１４は、透光性基板１１の上記一表面側にＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜するので、透光性基板１１とｎ形窒化物半導体層１２との間にバッファ層を適宜設けてもよい。また、ｎ形窒化物半導体層１２、窒化物発光層１３、およびｐ形窒化物半導体層１４の結晶成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するものではなく、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを採用してもよい。また、透光性基板１１は、窒化物発光層１３から放射される光に対して透明であればよく、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板などを採用してもよい。
【００３２】
また、ＬＥＤチップ１０は、上述のように、ｐ形窒化物半導体層１４における窒化物発光層１３側とは反対側にアノード電極１７が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層１２における窒化物発光層１３の積層側にカソード電極１８が形成されている。ここで、カソード電極１８は、透光性基板１１の上記一表面側へｎ形窒化物半導体層１２、窒化物発光層１３、ｐ形窒化物半導体層１４を順次成長させた後で、ｎ形窒化物半導体層１２と窒化物発光層１３とｐ形窒化物半導体層１４との積層膜の所定領域をｐ形窒化物半導体層１４の表面側からｎ形窒化物半導体層１２の途中までエッチングすることにより露出させたｎ形窒化物半導体層１２の表面に形成されている。
【００３３】
ここにおいて、ＬＥＤチップ１０では、アノード電極１７とカソード電極１８との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、アノード電極１７からｐ形窒化物半導体層１４へホールが注入されるとともに、カソード電極１８からｎ形窒化物半導体層１２へ電子が注入され、窒化物発光層１３に注入された電子とホールとが再結合することで発光する。
【００３４】
上述のｎ形窒化物半導体層１２は、透光性基板１１上に形成されたｎ形ＧａＮ層で構成してあるが、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、透光性基板１１がサファイア基板の場合には、透光性基板１１の上記一表面側にＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層などからなるバッファ層を介して形成されたｎ形ＡｌＧａＮ層と、当該ｎ形ＡｌＧａＮ層上のｎ形ＧａＮ層とで構成してもよい。
【００３５】
また、窒化物発光層１３は、ＧａＮ層からなる障壁層によりＩｎＧａＮ層からなる井戸層が挟まれた量子井戸構造を有しており、当該窒化物発光層１３の発光ピーク波長が４５０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層の組成を設定してあるが、発光波長（発光ピーク波長）は特に限定するものではない。なお、窒化物発光層１３の量子井戸構造は単一量子井戸構造に限らず、多重量子井戸構造でもよい。また、窒化物発光層１３は、必ずしも量子井戸構造を有している必要はなく、単層構造でもよい。また、窒化物発光層１３の材料も窒化物半導体材料であればよく、所望の発光波長に応じて、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮなどを適宜採用してもよい。
【００３６】
また、ｐ形窒化物半導体層１４は、窒化物発光層１３上に形成されたｐ形ＧａＮ層で構成してあるが、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ｐ形ＡｌＧａＮ層からなる第１のｐ形半導体層と、第１のｐ形半導体層上に形成されたｐ形ＧａＮ層からなる第２のｐ形半導体層とで構成してもよい。
【００３７】
また、アノード電極１７は、ｐ形窒化物半導体層１４上のＰｔ層と当該Ｐｔ層上のＡｇ層との積層構造を有しており、窒化物発光層１３から放射される光に対する反射率の高いＡｇなどにより形成されているので、窒化物発光層１３からｐ形窒化物半導体層１４側へ放射された光を窒化物発光層１３側へ効率良く反射することができる。なお、アノード電極１７は、上述の積層構造に限らず、例えば、ｐ形窒化物半導体層１４上のＡｕ層と当該Ａｕ層上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有するものでもよいし、単層構造でもよい。
【００３８】
また、カソード電極１８は、ｎ形窒化物半導体層１２上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有している。ここで、ｎ形窒化物半導体層１２上のＴｉ層は、ｎ形窒化物半導体層１２に対するオーミックコンタクト層として設けてあるが、オーミックコンタクト層の材料は、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などを採用すればよい。
【００３９】
上述のアノード電極１７の形成にあたっては、例えば、アノード電極１７の形成予定領域が開口されたレジスト層をフォトリソグラフィ技術を利用して形成してから、電子ビーム蒸着法などによりアノード電極１７を形成し、続いて、上記レジスト層および上記レジスト層上の不要膜を、有機溶剤（例えば、アセトンなど）を用いて除去すればよい（リフトオフすればよい）。また、カソード電極１８の形成方法は、アノード電極１７と同様の形成方法を採用することができる。
【００４０】
また、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側に光の進行方向を変える微細凹凸構造１５を形成してある。本実施形態の発光装置では、上述のように透光性基板１１としてＧａＮ基板を用いており、微細凹凸構造１５を透光性基板１１の他表面側に形成してある。ここにおいて、透光性基板１１は、ＧａＮ基板のＧａ極性面である（０００１）面を上記一表面とし、Ｎ極性面である（０００−１）面を上記他表面としてあり、微細凹凸構造１５は、適宜のエッチング液を用いたケミカルエッチングにより形成されている。具体的には、エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いており、ＧａＮ基板からなる透光性基板１１を結晶異方性エッチングすることにより、多数の錘状突起（マイクロコーン）を有する微細凹凸構造１５を形成している。ここにおいて、錘状突起の高さはエッチング時間を適宜設定することにより１μｍ以下の範囲で適宜設定することができ、錘状突起の高さが１μｍのときの錘状突起のピッチは略１μｍとなる。
【００４１】
なお、上述の微細凹凸構造１５の形成方法はケミカルエッチング法に限らず、例えば、ＧａＮ基板からなる透光性基板１１の上記他表面側に転写層を形成してから、微細凹凸構造１５に応じてパターン設計した凹凸パターンを形成したモールドを上記転写層に押し付けて上記凹凸パターンを上記転写層に転写した後で、上記転写層および透光性基板１１をドライエッチングすることで透光性基板１１の上記他表面側に微細凹凸構造１５を形成するようにしてもよい。なお、この場合の錘状突起の高さおよびピッチは、例えば、それぞれ１μｍ以下で適宜設定すればよい。
【００４２】
また、上述の六角錘台状の透明部材３０は、ｎ形ＺｎＯウェハを用いて形成してあり、当該六角錘台状の透明部材３０の高さ（厚さ）は、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さで規定することができ、本実施形態では、ｎ形ＺｎＯウェハとして厚さが５００μｍのものを用いているので、透明部材３０の高さは５００μｍとなっているが、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さは特に限定するものではない。また、六角錘台状の透明部材３０の底面３１に対する各側面３３それぞれの傾斜角は、ｎ形ＺｎＯウェハの結晶軸方向で規定される。本実施形態では、ＬＥＤ薄膜部側がＺｎ極性面である（０００１）面、ＬＥＤ薄膜部側とは反対側がＯ極性面である（０００−１）面のＺｎＯウェハに対して結晶異方性エッチングを行うことにより透明部材３０を形成しているので、透明部材３０の各側面３３は、｛１０−１−１｝面により構成されており、再現性良く傾斜角が６０°の側面３３を形成することができる。なお、上述の説明から分かるように、透明部材３０は、底面３１がＺｎＯ（０００１）面、上面３２がＺｎＯ（０００−１）面となっている。
【００４３】
したがって、本実施形態の発光装置によれば、結晶異方性エッチングを行うことにより透明部材３０の各側面３３を形成しているので、各側面３３の平滑性が良く、各側面３３での光の散乱を防止することができる。
【００４４】
ところで、本実施形態の発光装置は、上述のようにＬＥＤチップ１０の光取り出し面側が底面３１側となる形でＬＥＤチップ１０に重ねて配置された第１の透明材料（例えば、ＺｎＯなど）からなる錘状（ここでは、六角錘台状）の透明部材３０と、透明部材３０とＬＥＤチップ１０との間に介在し両者を接着する第２の透明材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる接着層２０とを備えている。ここにおいて、本実施形態では、透明部材３０の第１の透明材料の屈折率が接着層２０の第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面（ここでは、微細凹凸構造１５の表面）と透明部材３０との最短距離（図１中のＬ）を、ＬＥＤチップ１０からの光がエバネッセント波として透明部材３０へ滲み出すようにＬＥＤチップ１０の発光波長程度に設定してある。要するに、本実施形態の発光装置は、第１の透明材料の屈折率をｎ１、第２の透明材料の屈折率をｎ２、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長をλとするとき、ｎ１＞ｎ２の条件および最短距離Ｌに関する上述の条件を満たしている。一例を挙げれば、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長λが４５０ｎｍのときには、第１の透明材料として屈折率ｎ１が２．１のＺｎＯを採用するとともに第２の透明材料として屈折率ｎ２が１．４のシリコーン樹脂を採用し、錘状突起の高さおよびピッチをそれぞれ１μｍとした場合、最短距離Ｌを０．２５μｍ以下に設定することによりエバネッセント効果を得ることができる。
【００４５】
ここで、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長λを４５０ｎｍ、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側に接着層２０を介して第１の透明材料（ｎ１＝２．１のＺｎＯ）からなる透明部材３０を配置した構造について、ＬＥＤチップ１０の窒化物発光層１３から透明部材３０側へ放射され透明部材３０へ入射する光に関して全ての入射角度成分の光が入射したときに１回で透明部材３０に光が透過する割合（導入される割合）を透過率として、透過率と接着層２０の厚さとの関係をシミュレーションした結果を図２に示す。ここにおいて、図２の「イ」は、微細凹凸構造１５有りで錘状突起の高さを１μｍ、錘状突起のピッチを１μｍとし、接着層２０の第２の透明材料の屈折率を１．４とした場合、同図の「ロ」は、微細凹凸構造１５有りで錘状突起の高さを１μｍ、錘状突起のピッチを１μｍとし、接着層２０の第２の透明材料の屈折率を１．８とした場合、同図の「ハ」は、微細凹凸構造１５無しで接着層２０の第２の透明材料の屈折率を１．４とした場合である。また、図２には、図７に示した従来の発光装置について、ＬＥＤチップ１０の窒化物発光層１３から微細凹凸構造１５側へ放射される光のうち１度も反射されることなく屈折率が１．４のシリコーン樹脂よりなる封止部６０から出射される光の割合を光出射率としてシミュレーションした結果を「ニ」に示し、微細凹凸構造１５無しの場合の光出射率のシミュレーション結果を「ホ」に示してある。図２の「イ」，「ロ」，「ハ」それぞれについて、ＬＥＤチップの発光波長程度の領域で接着層２０の厚さが０に近づくにつれて透過率が増加しているが、これはエバネッセント効果によるものである。
【００４６】
ところで、図２の「イ」，「ロ」，「ハ」は透過率、「ニ」，「ホ」は光出射率であるが、「イ」，「ロ」，「ハ」については透明部材３０と空気との界面でのフレネル反射成分を無視すれば、透過率と光出射率とを同じとみなすことができる（実際には、透明部材３０と空気との屈折率差に起因したフレネル反射成分があるので、透過率×０．９８程度の値が光出射率になると見積もっている）。ここにおいて、微細凹凸構造１５有りで接着層２０の第２の透明材料の屈折率が１．４の場合について、「イ」と「ニ」とを比較すると、接着層２０の厚さを０．１μｍとすることにより「イ」の光出射率が「ニ」の光出射率よりも高くなることが分かる。また、微細凹凸構造１５有りで「イ」と「ロ」とを比較すると、接着層２０の第２の透明材料の屈折率が大きな「ロ」の方が、透過率が高く光出射率が高くなることが分かる。さらに、微細凹凸構造１５無しで接着層２０の第２の透明材料の屈折率が１．４の場合について、「ハ」と「ホ」とを比較すると、接着層２０の厚さを０．２μｍとすることにより「ハ」の光出射率が「ホ」の光出射率よりも高くなることが分かる。
【００４７】
また、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長λを４５０ｎｍ、微細凹凸構造１５の錘状突起の高さを１μｍ、錘状突起のピッチを１μｍとして、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側の微細凹凸構造１５の錘状突起間に接着層２０の第２の透明材料を充填し、そのＬＥＤチップ１０の光取り出し面側に第１の透明材料（ｎ１＝２．１のＺｎＯ）からなる透明部材３０を配置した一例について（この例では、Ｌ＝０）、第２の透明材料の屈折率ｎ２を１〜２．１の範囲で種々変化させた場合について、ＬＥＤチップ１０の窒化物発光層１３から透明部材３０側へ放射され透明部材３０へ入射する光に関して全ての入射角度成分の光が入射したときに１回で透明部材３０に光が透過する割合（導入される割合）を透過率としてシミュレーション結果を図３の「イ」に示す。また、比較例として図７に示した従来の発光装置について、ＬＥＤチップ１０の窒化物発光層１３から微細凹凸構造１５側へ放射される光のうち１度も反射されることなく屈折率が１．４のシリコーン樹脂よりなる封止部６０から出射される光の割合を光出射率としてシミュレーションした結果を図３の「ロ」に示してある。要するに、図３の「ロ」は、接着層２０および透明部材３０の代わりに、接着層２０の材料と同じ屈折率の封止部６０を設けた発光装置の光出射率を示している。
【００４８】
ところで、図３の「イ」は透過率、「ロ」は光出射率であるが、「イ」については透明部材３０と空気との界面でのフレネル反射成分を無視すれば、上述のように透過率と光出射率とを同じとみなすことができる。ここにおいて、接着層２０の第２の透明材料の屈折率が１．４の場合について、実施例である「イ」と、比較例である「ロ」とを比較すると、実施例の光出射率が４４％、比較例の出射率が２８％であり、実施例の方が比較例に比べて光出射率を大幅に向上できることが分かる。ここで、ＬＥＤチップ１０内部での反射回数が増加すると、透光性基板１１での吸収損失、アノード電極１７およびカソード電極での損失、窒化物発光層１３での吸収損失などが増加するので、窒化物発光層１３から放射され１度も反射されることなく外部へ出射される光の割合である光出射率が高いほど、光取り出し効率が高くなる。しかして、本実施形態の発光装置によれば、図７に示した構成の発光装置に比べて光出射率が高く、光取り出し効率が高くなる。
【００４９】
以上説明した本実施形態の発光装置によれば、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側が底面３１側となる形でＬＥＤチップ１０に重ねて配置された第１の透明材料からなる錘状の透明部材３０と、透明部材３０とＬＥＤチップ１０との間に介在し両者を接着する第２の透明材料からなる接着層２０とを備え、第１の透明材料の屈折率が第２の透明材料の屈折率よりも大きく、且つ、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面と透明部材３０との最短距離Ｌを、ＬＥＤチップ１０からの光がエバネッセント波として透明部材３０へ滲み出すように設定してあるので、ＬＥＤチップ１０から放射される光が接着層２０を介して錘状の透明部材３０にエバネッセント効果により滲み出すから、ＬＥＤチップ１０から放射される光の透明部材３０への入射角によらずＬＥＤチップ１０からの光を効率良く透明部材３０へ導入することができ、ＬＥＤチップ１０内部での光の多重反射に起因した光損失の低減による発光効率の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置では、錘状の透明部材３０をＬＥＤチップ１０に対して接着層２０により接着しているので、製造時に上述のウェハ接合工程およびウェハリフトオフ工程が不要であり、製造歩留まりの向上を図れる。
【００５０】
また、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側に光の進行方向を変える微細凹凸構造１５が形成されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した光をより効率良く透明部材３０に導入できるようになって、光取り出し効率が向上し、結果的に発光効率が向上する。なお、透明部材３０の形状は錘状であればよく、六角錘台状に限らず、例えば、六角錘状、四角台錘状、四角錘状、円錐台状、円錐状などでもよい。
【００５１】
また、本実施形態の発光装置は、上述のように、ＬＥＤチップ１０のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれが、実装基板４０においてＬＥＤチップ１０のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれに対応付けられた導体パターン４７，４８と接合され電気的に接続されているので、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面側にアノード電極１７やカソード電極１８が形成されている場合に比べてＬＥＤチップ１０と透明部材３０との接着が容易になるとともに接着層２０の厚さの制御性が向上する。なお、接着層２０の第２の透明材料は、屈折率が１．４のシリコーン樹脂に限定するものではなく、上述のｎ１＞ｎ２の条件を満たす屈折率のシリコーン樹脂であればよく、また、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂など、さらには、Ｓｉ系材料のＳＯＧ（spin on glass）、Ｔｉナノ粒子などを混入させた無機・有機ハイブリッド材料などでもよい。
【００５２】
ところで、上述の接着層２０に、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長よりも長波長の光を放射する色変換材（例えば、蛍光体粒子など）を含有させてもよく、この場合には、ＬＥＤチップ１０から放射される光と色変換材から放射される光との混色光を得ることができ、しかも、色変換材から放射される光を透明部材３０に効率良く導入することができる。ここで、ＬＥＤチップ１０として青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用い、蛍光体粒子として、黄色蛍光体粒子を用いれば白色光を得ることができ、蛍光体粒子として、赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子とを用いれば、より演色性の高い白色光を得ることが可能となる。また、ＬＥＤチップ１０として紫外光を放射する紫外ＬＥＤチップを用い、色変換材として、赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子と青色蛍光体粒子とを用いることによっても、演色性の高い白色光を得ることが可能となる。また、接着層２０に色変換材を含有させる場合に、更に、光拡散材（例えば、ガラス粒子など）を含有させるようにすれば、色むらを低減できる。
【００５３】
（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、微細凹凸構造１５の形状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。
【００５４】
実施形態１では微細凹凸構造１５が多数の錘状突起を有していたのに対して、本実施形態の発光装置における微細凹凸構造１５は、多数の角柱状突起（ここでは、四角柱状突起）が２次元アレイ状に配列されている点が相違する。なお、実施形態１における多数の錘状突起も２次元アレイ状に配列されている。
【００５５】
本実施形態の発光装置における微細凹凸構造１５は、ＧａＮ基板からなる透光性基板１１の上記他表面側に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を利用して形成している。ここで、角柱状突起の高さは、ＬＥＤチップ１０の窒化物発光層１３の発光ピーク波長にもよるが、発光ピーク波長を例えば４５０ｎｍに設定した場合には、例えば、２μｍ以下で適宜設定すればよい。なお、微細凹凸構造１５を形成する際のドライエッチング装置としては、例えば、反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。
【００５６】
以上説明した本実施形態の発光装置においても、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１０から放射される光の透明部材３０への入射角によらずＬＥＤチップ１０からの光を効率良く透明部材３０へ導入することができ、ＬＥＤチップ１０内部での光の多重反射による光損失を低減できるから、発光効率の向上を図れる。なお、本実施形態の発光装置では、実施形態１と同様、微細凹凸構造１５有りの場合、Ｌ＝０としてもエバネッセント効果による発光効率の向上を図れるが、本実施形態の発光装置では、微細凹凸構造１５が多数の角柱状突起を有しているので、多数の錘状突起を有している場合に比べて、Ｌ＝０としたときのエバネッセント波の滲み出しが起こりやすくなるから、接着層２０の厚さの上限を実施形態１よりも大きな値とすることが可能となる。
【００５７】
（実施形態３）
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５に示すように、ＬＥＤチップ１０においてアノード電極１７とｐ形窒化物半導体層１４との間に透明導電膜１６を介在させてある点などが相違する。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。
【００５８】
本実施形態では、透明導電膜１６の材料としてＧＺＯ（ＧａをドープしたＺｎＯ）を採用しているが、透明導電膜１６の材料は、例えば、ＧＺＯ、ＡＺＯ（ＡｌをドーピングしたＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎをドーピングしたＺｎＯ）、ＩＴＯの群から選択される材料であればよく、当該群から選択される材料を採用することにより、当該透明導電膜１６とｐ形窒化物半導体層１４との接触をオーミック接触とすることができる。ここにおいて、透明導電膜１６をＧＺＯ膜、ＡＺＯ膜、ＩＺＯ膜、ＩＴＯ膜などにより構成する場合、当該透明導電膜１６の形成にあたっては、Ｏ２ガスアシストの電子ビーム蒸着法により成膜した後、Ｎ２ガスとＯ２ガスとの混合ガス中でアニールするようにすればよく、このような形成方法を採用することにより、透明導電膜１６の消衰係数を０．００１程度とすることができる。
【００５９】
また、本実施形態の発光装置では、アノード電極１７の平面視形状を円形状として、透明導電膜１６上に複数のアノード電極１７を２次元アレイ状に設けてあり、実装基板４０における絶縁性基板４１の上記一表面側にＬＥＤチップ１０の透明導電膜１６を通してＬＥＤチップ１０の外部へ放射された光を反射する光反射膜４９を形成してある。なお、アノード電極１７の平面視形状は円形状に限らず、例えば、六角形状や矩形状などでもよい。
【００６０】
本実施形態の発光装置においても、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１０から放射される光の透明部材３０への入射角によらずＬＥＤチップ１０からの光を効率良く透明部材３０へ導入することができ、ＬＥＤチップ１０内部での光の多重反射による光損失を低減できるから、発光効率の向上を図れる。なお、他の実施形態の発光装置におけるＬＥＤチップ１０に関して、本実施形態と同様、アノード電極１７とｐ形窒化物半導体層１４との間に透明導電膜１６を介在させてもよい。
【００６１】
（実施形態４）
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６に示すように、透光性基板１１としてサファイア基板を用い、透光性基板１１の上記一表面側（ｎ形窒化物半導体層１２側）に微細凹凸構造１５を形成し、透光性基板１１の上記他表面側を平坦な光取り出し面としてある点、透光性封止材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成され透明部材３０、ＬＥＤチップ１０および実装基板４０を封止したレンズ状の封止部６０を設けてある点などが相違する。また、本実施形態の発光装置は、実装基板４０をサブマウントとして当該実装基板４０を配線基板７０に搭載してある。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。
【００６２】
本実施形態の発光装置においても、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１０から放射される光の透明部材３０への入射角によらずＬＥＤチップ１０からの光を効率良く透明部材３０へ導入することができ、ＬＥＤチップ１０内部での光の多重反射による光損失を低減できるから、発光効率の向上を図れる。なお、他の実施形態において、本実施形態と同様の封止部６０および配線基板７０を設けてもよい。
【００６３】
ところで、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として青色ＬＥＤチップもしくは紫外ＬＥＤチップを用いているが、これらにかぎらず、例えば、紫色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップなどを用いてもよい。ただし、ＬＥＤチップ１０の発光色を考慮して上述の接着層２０の第２の透明材料を決定することが好ましい。また、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として窒化物系ＬＥＤチップを採用しているが、これに限らず、ＩｎＧａＡｓＰ系ＬＥＤチップ、ＧａＰ系ＬＥＤチップなどを採用してもよく、ｎ形半導体層、発光層、ｐ形半導体層それぞれの材料は窒化物半導体に限るものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ＬＥＤチップ
１１  透光性基板
１２  ｎ形窒化物半導体層（ｎ形半導体層）
１３  窒化物発光層（発光層）
１４  ｐ形窒化物半導体層（ｐ形半導体層）
１５  微細凹凸構造
１７  アノード電極
１８  カソード電極
２０  接着層
３０  透明部材
３１  底面
４０  実装基板
４１  絶縁性基板
４７  導体パターン
４８  導体パターン
５７  バンプ
５８  バンプ
Ｌ  最短距離
【図１】
2011060966.tif 000003
【図２】
2011060966.tif 000004
【図３】
2011060966.tif 000005
【図４】
2011060966.tif 000006
【図５】
2011060966.tif 000007
【図６】
2011060966.tif 000008
【図７】
2011060966.tif 000009
【図８】
2011060966.tif 000010