(57)【要約】【課題】半導体層の端部が破損することを抑制できる発光素子及び発光装置を提供する。【解決手段】発光素子２０は、ｎ側電極２１と、ｐ側電極２２と、半導体層２３と、補強部２４と、を備える。補強部２４は、半導体層２３の上面２３Ｓのうち外縁部２３Ｓｅ上に配置される。補強部２４は、透光性材料によって構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置される発光素子であって、
半導体層と、
前記半導体層の下面側に配置され、前記基板に接続される正負一対の電極と、
前記半導体層の上面のうち外縁部上に配置され、透光性材料によって構成される補強部と、
前記上面のうち前記補強部から露出した露出部分と、
を備える発光素子。
【請求項２】
前記補強部は、前記上面の外縁に沿って形成される、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記基板と前記半導体層の間に充填される樹脂部を備え、
前記樹脂部は、前記補強部の下方において切り欠きを有する、
請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記補強部は、サファイアによって構成される、
請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記補強部の内縁は、平面視において凹凸を有する、
請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記補強部は、内縁側よりも前記外縁側が高い、
請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記露出部分は、前記被覆部分より粗面である、
請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の発光素子と、
前記発光素子が実装された基板と、
を備える発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板に接続される電極と、電極上に配置された半導体層と、を備える発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-128710号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の発光素子は、後工程において半導体層上に樹脂層などが形成される場合がある。この場合、半導体層にかかる圧力によって、半導体層の端部が破損するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、半導体層の端部が破損することを抑制できる発光素子及び発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発光素子は、基板上に配置される発光素子であって、半導体層と、正負一対の電極と、補強部と、露出部分と、を備える。正負一対の電極は、半導体層の下面側に配置され、基板に接続される。補強部は、半導体層の上面のうち外縁部上に配置され、透光性材料によって構成される。露出部分は、半導体層の上面のうち前記補強部から露出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体層の端部が破損することを抑制できる発光素子及び発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】発光装置の構成を示す概略平面図
【図２】図１のＡ−Ａ概略断面図
【図３】発光素子の製造方法を説明するための概略図
【図４】発光素子及び発光装置の製造方法を説明するための概略図
【図５】発光素子及び発光装置の製造方法を説明するための概略図
【図６】補強部のＳＥＭ画像
【図７】サファイア基板表面の凸部の構成を示す概略斜視図
【図８】サファイア基板表面の凸部の構成を示す概略斜視図
【図９】サファイア基板表面の複数の凸部の配列を示す概略平面図
【図１０】サファイア基板表面の複数の凸部の配列を示す概略平面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
（発光素子２０および発光装置１００の構成）
実施形態に係る発光素子２０および発光装置１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、発光装置１００の構成を示す概略平面図である。図２は、図１の発光装置１００のＡ−Ａ断面図である。ただし、図１では基板１０が省略されている。
【００１１】
発光装置１００は、少なくとも一つの基板１０と、少なくとも一つの発光素子２０と、を備える。
【００１２】
基板１０は、図２に示すように、少なくとも、基板本体１１と、ｎ側配線電極１２と、ｐ側配線電極１３と、を有する。基板本体１１は、電気絶縁性の材料によって構成される。電気絶縁性の材料としては、ガラスエポキシやシリコーンガラス、アルミナや窒化アルミ等のセラミックなどを用いることができる。ｎ側配線電極１２及びｐ側配線電極１３は、少なくとも基板本体１１の主面１１Ｓ上に配置される。ｎ側配線電極１２及びｐ側配線電極１３は、それぞれ図示しない外部接続用の導電性の配線に接続されている。
【００１３】
発光素子２０は、図１および図２に示すように、少なくとも、ｎ側電極２１と、ｐ側電極２２と、半導体層２３と、補強部２４とを有する。ｎ側電極２１とｐ側電極２２は、“正負一対の電極”の一例である。
【００１４】
図２に示すように、ｎ側電極２１とｐ側電極２２は、半導体層２３の下面２３Ｔ側に配置される。ｎ側電極２１は、例えば、ＡｕのバンプＢ１を介してｎ側配線電極１２に接続される。ｐ側電極２２は、例えば、ＡｕのバンプＢ２を介してｐ側配線電極１３に接続される。発光素子２０と基板１０は、電気的・物理的に適当に接続されればどのような材料を用いて接合されてもよく、バンプＢ１,Ｂ２のかわりに導電性接合材料（例えば、はんだ）の接着材料を用いて接合してもよい。ｎ側電極２１及びｐ側電極２２の材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌなどが挙げられる。
【００１５】
半導体層２３は、ｎ側電極２１及びｐ側電極２２上に配置される。半導体層２３は、主に、バッファ層２３ａと、ｎ型半導体層２３ｂと、活性層２３ｃと、ｐ型半導体層２３ｄと、を有する。バッファ層２３ａ、ｎ型半導体層２３ｂ及びｐ型半導体層２３ｄは、例えば窒化ガリウムやアルミニウム窒化ガリウム、窒化アルミニウム等によって構成することができるが、これに限られるものではない。活性層２３ｃは、例えばインジウム窒化ガリウムや窒化ガリウム等によって構成することができるが、これに限られるものではない。半導体層２３は、上面２３Ｓと下面２３Tを有する。上面２３Ｓは、半導体層の最上層であり、例えば、バッファ層２３ａないしｎ型半導体層の表面である。下面２３Ｔは、ｎ型半導体層２３ｂ及びｐ型半導体層２３ｄの下面である。
【００１６】
補強部２４は、半導体層２３の上面２３Ｓ上に配置される。補強部２４は、透光性材料によって構成される。透光性材料としては、サファイア、ＳｉＯ２、或いはアルミナなどの無機物や、エポキシ、シリコーン等の樹脂などを用いることができる。このような補強部２４によって、半導体層２３の端部における強度向上が図られている。補強部２４は、例えば、幅２〜２０μｍ、高さ２〜２０μｍ、角度３３度〜５５度程度に形成される。
【００１７】
半導体層の上面２３Ｓは、中央部２３Ｓｃと、外縁部２３Ｓｅと、を含む。外縁部２３Ｓｅは、中央部２３Ｓｃを取り囲んでいる。外縁部２３Ｓｅは、上面２３Ｓの外縁から所定範囲内の領域である。外縁部２３Ｓｅには、順次連なる第１乃至第４外縁部ｅ１〜ｅ４が含まれる。
【００１８】
本実施形態においては、図１に示すように、補強部２４は、第１補強部２４１と、第２補強部２４２と、を有する。第１補強部２４１は、第１外縁部ｅ１上に配置される。第２補強部２４２は、第２外縁部ｅ２上に配置される。第１補強部２４１と第２補強部２４２は、互いに連なっている。このように、第１外縁部ｅ１及び第２外縁部ｅ２の大部分が、補強部２４によって被覆されている。第１外縁部ｅ１及び第２外縁部ｅ２は、上面２３Ｓのうち補強部２４によって被覆される“被覆部分”の一例である。
【００１９】
このように、補強部２４は、上面２３Ｓの２辺の外縁に沿って連続的に、例えばＬ字状に形成されることができる。つまり、補強部２４は、第３及び第４外縁部ｅ３，ｅ４上には配置されていなくてもよい。また、補強部２４は、中央部２３Ｓｃ上には配置されていない。このように、本実施形態においては、半導体層２３の上面２３Ｓの中央部２３Ｓｃ、第３外縁部ｅ３及び第４外縁部ｅ４は、補強部２４から露出している。これによって、補強部２４によって出射光が低減してしまうことが抑えられている。中央部２３Ｓｃ、第３外縁部ｅ３及び第４外縁部ｅ４は、上面２３Ｓのうち補強部２４から露出する“露出部分”の一例である。
【００２０】
なお、半導体層２３の上面２３Ｓの中央部２３Ｓｃ、第３外縁部ｅ３及び第４外縁部ｅ４の表面は、第１外縁部ｅ１及び第２外縁部ｅ２の表面よりも粗面であることが好ましい。すなわち、中央部２３Ｓｃ、第３外縁部ｅ３及び第４外縁部ｅ４の表面粗さは、第１外縁部ｅ１及び第２外縁部ｅ２の表面粗さよりも大きい。表面粗さの比較には、算術平均粗さＲａや最大高さＲｙを用いればよい。このような粗面は、半導体層をケミカルエッチングすることにより得ることができる。これにより、発光素子２０からの光取出し効率を高めることができる。
【００２１】
補強部２４の内縁２４ａは、図１に示すように、平面視において波線状（すなわち、ジグザグ）に形成されていてもよい。すなわち、内縁２４ａは、平面視において凹凸を有している。これは、後述するサファイア基板３０のレーザリフトオフ工程（図５参照）において、サファイア基板３０の端部がサファイアに設けられた凸部３１（図３（ａ）参照）の外縁に追従するように割れるためである。このように、凸部３１を利用して簡便にサファイアによる補強部２４を形成した結果、補強部２４の内縁２４ａが凸部３１の配置に対応した凹凸状（波線状）になっている。
【００２２】
ただし、補強部２４をレーザリフトオフ以外の手法（例えば、塗布法や印刷法）によって形成することで、補強部２４の内縁２４ａを容易に直線状に形成することができる。
【００２３】
補強部２４は、図２に示すように、上面２３Ｓから上方に向かってテーパー状（先細り形状）に形成されていてもよい。言い換えると、補強部２４の外縁側は、内縁側よりも高くなっていてもよい。これは、後述するサファイア基板３０のレーザリフトオフ工程において、凸部３１の外縁から傾斜側面３０Ｔ（図５（ａ）参照）に向かって斜めに亀裂が発生するためである。このように、半導体層の端部において補強部の厚みが増すように形成することで、半導体層２３のうち特に損傷しやすい端部における強度の向上が図られている。
【００２４】
ただし、補強部２４の高さは一様であってもよく、補強部２４の断面は楕円形や円形などであってもよい。このような補強部２４は、レーザリフトオフ以外の手法（例えば、塗布法や印刷法）によって形成することができる。
【００２５】
本実施形態においては、図２に示すように、樹脂部であるアンダーフィル材２５が、基板１０と半導体層２３の間に充填されていることが好ましい。アンダーフィル材２５は、半導体層２３を支持するために設けられている。アンダーフィル材２５は、絶縁性の材料、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂から選択される少なくとも１種の材料であってもよい。特に、耐熱性や耐光性の高いシリコーン樹脂が好適である。また、白色の酸化チタン、酸化珪素、或いはアルミナなどの充填材をアンダーフィル材２５に混合することによって、発光装置１００の光取り出し効率が高められていてもよい。また、これらの充填材を混合することにより、アンダーフィル材２５の強度を高めることができるため、後述するサファイア基板３０のレーザリフトオフ工程や発光装置の完成後における半導体層２３の保持強度を高めることができる。その結果、基板１０が剥離した際や発光装置１００の使用時における信頼性を高めることができる。
【００２６】
アンダーフィル材２５には、図２に示すように、切り欠き２５ａが形成されていてもよい。切り欠き２５ａは、図２に示すように、補強部２４の下方に形成されることが好ましい。すなわち、上面２３Ｓの平面視において、補強部２４は、切り欠き２５ａと重なる位置に形成されることが好ましい。これによって、半導体層２３のうち切り欠き２５ａで支持されていない部分（すなわち、損傷しやすい部分）の強度向上が図られている。
【００２７】
（発光素子２０および発光装置１００の製造方法）
本発明に関する発光素子２０および発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３乃至図５は、発光素子２０および発光装置１００の製造方法を説明するための概略図である。
【００２８】
まず、サファイア基板３０がついた複数の発光素子２０を製造する。
図３（ａ）に示すように、半導体層２３の成長基板としてのサファイア基板３０を準備する。サファイア基板３０の主面３０Ｓには、複数の凸部３１が形成されている。凸部３１は、略三角錐台の形状（例えば、深さ３μｍ、ピッチ１μｍ程度）とすることができ、これらの凸部３１はサファイア基板３０の主面３０Ｓ上にマトリクス状に設けられることができる。このような凸部３１に応じて半導体層２３の上面２３Ｓに凹凸が形成されることによって、半導体層２３の発光層からの光を上面２３Ｓから効率よく取り出すことができる。
【００２９】
なお、図３（ａ）に示すように、サファイア基板３０は、結晶軸が主面３０Ｓに対して傾斜した単結晶サファイア傾斜基板を用いることが好ましい。このようなサファイア基板３０は、側面に傾斜側面３０Ｔを有する。これにより、半導体層２３の端部において高さが高い形状の補強部２４を容易に形成することができる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法によって、サファイア基板３０の主面３０Ｓ上にバッファ層２３ａ、ｎ型半導体層２３ｂ、活性層２３ｃ及びｐ型半導体層２３ｄを順次形成する。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば真空蒸着法によって、ｐ型半導体層２３ｄ上にｐ側電極２２を形成する。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示すように、ｐ側電極２２、ｐ型半導体層２３ｄ及び活性層２３ｃを除去して、ｎ型半導体層２３ｂの一部を露出させる。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えば真空蒸着法によって、ｎ型半導体層２３ｂの露出部上にｎ側電極２１を形成する。
【００３４】
次に、スクライブ法やブレーク法によって、サファイア基板（厚みがおよそ８０μｍ〜２００μｍ）３０を個片化し、サファイア基板３０がついた所定のサイズの発光素子２０（例えば、平面視において一辺が５００μｍから２０００μｍの矩形）を得る。個片化後のサファイア基板３０は、傾斜側面３０Ｔを有する。
【００３５】
次に、得られたサファイア基板３０つきの発光素子２０を、基板１０に実装する。
【００３６】
図４（ｃ）に示すように、バンプＢ１及びバンプＢ２を介して、ｎ側電極２１を基板１０のｎ側配線電極１２に接続し、ｐ側電極２２を基板１０のｐ側配線電極１３に接続する。
【００３７】
次に、図５（ａ）に示すように、基板１０と半導体層２３との間にアンダーフィル材を充填し、アンダーフィル材のうち半導体層２３の側面から飛び出た部分をブラストで除去する。これによって、アンダーフィル材２５を形成することができる。この際、サファイア基板３０の傾斜側面３０Ｔ側ではアンダーフィル材がブラストによって除去されやすいため、アンダーフィル材２５に切り欠き２５ａが形成される。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、サファイア基板３０側から半導体層２３にサファイア基板３０を透過するレーザ光（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ）を照射して半導体層２３で分解反応を生じさせることによって、サファイア基板３０を半導体層２３から分離させる。
【００３９】
この照射の際、サファイア基板３０の傾斜側面３０Ｔにおいては、レーザ光の一部が反射・屈折されるため、半導体層２３の上面２３Ｓの第１外縁部ｅ１及び第２外縁部ｅ２において、半導体層２３の分解反応が起こりにくくなる。その結果、傾斜側面３０Ｔ近傍のサファイア基板３０の一部が上面２３Ｓと密着したまま残ることによって、第１外縁部ｅ１上に第１補強部２４１が形成され、第２外縁部ｅ２上に第２補強部２４２が形成される。この際、サファイア基板３０は、複数の凸部３１の外縁から傾斜側面３０Ｔに向かって斜めに形成される亀裂に沿って割れる。図６は、実際に作製された補強部２４のＳＥＭ画像である。
【００４０】
（作用及び効果）
以上の通り、本実施形態の発光素子２０は、半導体層２３の上面２３Ｓのうち外縁部２３Ｓｅ上に配置される補強部２４を備える。従って、発光素子２０（特に半導体層２３）の端部が破損することを抑制することができる。
【００４１】
また、補強部２４は、上面２３Ｓの外縁に沿って形成されていることが好ましい。すなわち、補強部２４は、上面２３Ｓのうち中央部２３Ｓｃを覆っていないことが好ましい。これによって、補強部２４によって出射光が低減されることを抑制することができる。
【００４２】
アンダーフィル材２５は、半導体層２３を挟んで補強部２４の反対側に形成される切り欠き２５ａを有することが好ましい。これによって、半導体層２３のうち切り欠き２５ａで支持されていない部分の強度を向上することができる。また、補強部２４を外縁部２３Ｓｅの全周に形成する場合に比べて、補強部２４によって出射光が低減されることを抑制することができる。
【００４３】
補強部２４の内縁２４ａは、凹凸を有する波線状に形成されることが好ましい。レーザリフトオフ工程でサファイア基板３０の凸部３１を利用して補強部２４が形成されることで、例えばレーザリフトオフ以外の手法を用いる場合に比べて、補強部２４を簡便に形成することができる。
【００４４】
補強部２４の外縁側は、内縁側よりも高いことが好ましい。これによって、半導体層２３のうち特に損傷しやすい端の方ほど強度を向上することができる。また、補強部２４の高さを一様に形成する場合に比べて、補強部２４によって出射光が低減されることを抑制することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
【００４６】
上記実施形態において、補強部２４は、半導体層２３の上面２３Ｓのうち第１外縁部ｅ１上と第２外縁部ｅ２上だけに形成されることとしたが、これに限られるものではない。補強部２４は、第３外縁部ｅ３上や第４外縁部ｅ４上にも形成されていてもよい。ただし、補強部２４は、中央部２３Ｓｃ上には配置されない。
【００４７】
上記実施形態において、補強部２４は、サファイア基板３０のレーザリフトオフ工程で形成されることとしたが、これに限られるものではない。補強部２４は、サファイア基板３０のレーザリフトオフ工程後において、上面２３Ｓの外縁部２３Ｓｅ上に透光性材料を塗布或いは印刷等によって形成することができる。
【００４８】
上記実施形態において、半導体層２３は、バッファ層２３ａと、ｎ型半導体層２３ｂと、活性層２３ｃと、ｐ型半導体層２３ｄと、を有することとしたが、これに限られるものではない。半導体層２３は、バッファ層２３ａを有していなくてもよい。また、半導体層２３は、サファイア基板３０上にｐ型半導体層２３ｄ、活性層２３ｃ、ｎ型半導体層２３ｂの順で積層され、ｐ型半導体層が上面となった発光素子であってもよい。
【００４９】
凸部３１は、図７に示すように、各辺が外側に膨らみ、頂部が平坦な三角錐台形状とすることができる。また、凸部３１は、図８に示すように、各辺が外側に膨らみ、頂部が尖っている三角錐形状とすることができる。さらに、図示しないが、凸部３１は、４角以上の多角錐台形状や４角以上の錐形状とすることができる。凸部３１の高さは、１．０〜１．７μｍとすることができる。
【００５０】
また、複数の凸部３１の配列には、図９に示すような三角格子点配列や、図１０に示すような正方格子点配列のほか、平行四辺形格子点配列や長方形格子点配列などを採用することができる。複数の凸部３１は、規則的に配列されていなくてもよいが、互いに離れて均一に配置されていることが好ましい。複数の凸部３１それぞれの頂点の間隔は、好ましくは２．２〜３．１μｍであり、より好ましくは２．８〜３．１μｍである。このように頂点の間隔を設定することによって、サファイア基板３０上に成長させる半導体層２３の結晶性が向上し、発光装置１００の光取り出し効率が高められる。
【００５１】
上記実施形態において、基板１０は基板本体１１とｎ側配線電極１２とｐ側配線電極１３を備えることとしたが、これに限られるものではない。基板１０は発光素子２０を実装できるものであればよく、例えば、基板本体１１を備えず、ｎ側配線電極１２とｐ側配線電極１３のみを備えるリードフレームであってもよい。
【００５２】
また、本発明の発光装置は、発光素子２０や基板１０等を封止する封止部材を備えていてもよい。これにより、発光装置の信頼性を高めることができる。封止部材としては、透光性に優れた樹脂材料、例えばシリコーンやエポキシ等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機などの種々の発光装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…基板
１１…基板本体
１２…ｎ側配線電極
１３…ｐ側配線電極
２０…発光素子
２１…ｎ側電極
２２…ｐ側電極
２３…半導体層
２３Ｓ…上面
２３Ｓｃ…中央部
２３Ｓｅ…外縁部
ｅ１〜ｅ４…第１外縁部〜第４外縁部
２４…補強部
２５…アンダーフィル材
３０…サファイア基板
３０Ｔ…傾斜側面
３１…凸部
１００…発光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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