(57)【要約】【課題】発光素子の側方へ出射した光を、効率よく反射することが可能な反射面を形成することで、輝度の向上を図ることが可能な発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】発光素子２と、発光素子２を搭載する搭載面Ｓ、および発光素子２の周囲を囲う反射面Ｒを有する反射ケース３とを備えた発光装置１において、単結晶シリコン板の表面に、矩形状の開口を有するマスクを形成した後に、異方性エッチングして凹部３１を形成し、単結晶シリコン板にｎ側端子３２およびｐ側端子３３、スルーホール電極３４ａ，３４ｂ、および接続端子３５，３６などを形成して反射ケース３とし、ｎ側端子３２およびｐ側端子３３に発光素子２を導通搭載して樹脂封止したものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載面、および前記発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置において、
前記反射ケースは、単結晶シリコン板に、底面が前記搭載面、周壁面が前記反射面となる凹部を設けたものであり、前記反射面が（１１１）面で形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射ケースは、前記凹部の反射面が、前記発光素子を矩形状に囲むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記反射面には、反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
前記反射面は、前記搭載面とのなす角が、約１２５°で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の発光装置。
【請求項５】
発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載面、および前記発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置の製造方法において、
単結晶シリコン板の表面に、矩形状の開口を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクを形成した単結晶シリコン板を異方性エッチングして、底面が前記搭載面、周壁面が前記反射面となる凹部を形成する工程と、
前記凹部の底面に、前記発光素子を搭載する工程と
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記凹部の周壁面を、前記発光素子からの光を反射させる反射面として反射部材でコーティングする工程を含むことを特徴とする請求項５記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と、発光素子の周囲を囲うように形成された反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光装置は、光源に、低消費電力で、高寿命である発光素子を採用することで、幅広い分野で使用されている。発光装置は、発光素子から側方へ出射する光を反射する反射面を、発光素子を囲うように形成することで、輝度向上を図っている。例えば、集積回路を含むシリコンデバイスで形成されたサブマウント上に、発光素子が搭載され、この発光素子の周囲を矩形状に囲む反射面を有する反射壁が形成された発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来の発光装置の反射壁は、サブマウント上に厚膜を堆積させて形成したものである。
【特許文献１】特開２００５−１１７０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発光装置は、発光素子から側方へ出射する光をより効率よく反射させることが、輝度の向上を図る上では重要である。
【０００４】
そこで本発明は、発光素子の側方へ出射した光を、効率よく反射することが可能な反射面を形成することで、輝度の向上を図ることが可能な発光装置およびその製造方法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】
【０００５】
本発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載面、および前記発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置において、前記反射ケースは、単結晶シリコン板に、底面が前記搭載面、周壁面が前記反射面となる凹部を設けたものであり、前記反射面が（１１１）面で形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の発光装置の製造方法は、発光素子と、前記発光素子を搭載する搭載面、および前記発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置の製造方法において、単結晶シリコン板の表面に、矩形状の開口を有するマスクを形成する工程と、前記マスクを形成した単結晶シリコン板を、異方性エッチングして凹部を形成する工程と、前記凹部の底面に、前記発光素子を搭載する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、凹部の周壁面を反射面として（１１１）面で形成することで、反射面を凹凸の少ない平滑な面とすることができる。よって、発光素子の側方へ出射した光を、効率よく反射することが可能な反射面を形成することで、輝度の向上を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願の第１の発明は、発光素子と、発光素子を搭載する搭載面、および発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置において、反射ケースは、単結晶シリコン板に凹部を設けたものであり、凹部の周壁面である反射面が（１１１）面で形成されていることを特徴としたものである。
【０００９】
単結晶シリコン板に凹部を設け、その凹部の周壁面を反射面として（１１１）面で形成することで、反射面を凹凸の少ない平滑な面とすることができる。従って、効率よく発光素子から側方へ出射する光を反射させることができるので、輝度の向上を図ることができる。
【００１０】
本願の第２の発明は、反射ケースは、凹部の反射面が、発光素子を矩形状に囲むように形成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
反射面を、発光素子を矩形状に囲むように形成することで、矩形状に広がる配光特性を得ることができる。
【００１２】
本願の第３の発明は、反射面には、反射コーティングが施されていることを特徴としたものである。
【００１３】
反射面を、反射コーティングを施したものとすることで、更に反射効率を向上させることができる。また、（１１１）面で形成される凹部の周壁面は、平滑な面なので、切削により形成した凹部と比較して、反射コーティングを施すと表面が平滑な反射コーティング面とすることができる。従って、発光素子からの光が乱反射することなく反射させることができる。
【００１４】
本願の第４の発明は、反射面は、搭載面とのなす角が、約１２５°で形成されていること特徴としたものである。
【００１５】
凹部の周壁面を（１１１）面とすることで、反射面と搭載面とのなす角が約１２５°に形成される。
【００１６】
本願の第５の発明は、発光素子と、発光素子を搭載する搭載面、および発光素子の周囲を囲う反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置の製造方法において、単結晶シリコン板の表面に、矩形状の開口を有するマスクを形成する工程と、マスクを形成した単結晶シリコン板を、異方性エッチングして凹部を形成する工程と、前記凹部の底面に、前記発光素子を搭載する工程とを含むことを特徴としたものである。
【００１７】
単結晶シリコン板の表面に、矩形状の開口を有するマスクを形成して異方性エッチングを行うと、単結晶シリコン板に（１１１）面が周壁面となった凹部が形成される。（１１１）面で形成される周壁面を反射面とすることで、反射面を凹凸の少ない平滑な面とすることができる。従って、効率よく発光素子から側方へ出射する光を反射させることができるので、輝度の向上を図ることができる。
【００１８】
本願の第６の発明は、凹部の周壁面を、発光素子からの光を反射させる反射面として反射部材でコーティングする工程を含むことを特徴としたものである。
【００１９】
反射面に、反射コーティングを施すことで、更に反射効率を向上させることができる。また、（１１１）面として凹部の周壁面は、平滑な面とすることができるので、切削により形成した凹部と比較して、反射コーティングを施しても反射コーティング面も平滑面とすることができる。従って、反射面による乱反射を抑制することができると共に、凹部の開口形状を調整することで配光特性の調整を容易に行うことができる。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光装置を図面に基づいて説明する。まずは、発光装置の構成について、図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る発光装置を示す平面図である。図２は、図１に示す発光装置の断面図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、発光装置１は、発光素子２と、反射ケース３と、樹脂封止部４とで構成されている。
【００２２】
発光素子２は、フリップチップタイプであり、基板２１に、ｎ層２２と、発光層２３と、ｐ層２４とが順次積層されている。そして、ｎ層２２上にｎ側電極２５が形成され、ｐ層２４上にｐ側電極２６が形成されている。
【００２３】
基板２１は、窒化ガリウム系半導体であるｎ型ＧａＮで形成され、一辺が６００μｍ、厚みが２００μｍの平面視してほぼ正方形状の直方体状に形成されている。
【００２４】
ｎ層２２は、基板２１にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層して形成され、層厚が０．５μｍ〜５μｍとしたｎ型半導体層である。ｎ層２２と基板２１の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。
【００２５】
発光層２３は、ｎ層２２に、井戸層となるＩｎＧａＮ等を０．００１μｍ〜０．００５μｍの層厚とし、障壁層となるＧａＮ等を０．００５μｍ〜０．０２μｍの層厚とし、これらを交互に積層した多重量子井戸構造で積層したものである。
【００２６】
また、ｐ層２４は、発光層２３にＡｌＧａＮを積層して形成され、層厚が０．０５μｍ〜０．５μｍとしたｐ型半導体層である。
【００２７】
ｎ側電極２５は、ｎ層２２に、発光層２３とｐ層２４とを積層した後に、ドライエッチングにより発光層２３とｐ層２４とｎ層２２の一部とを除去して、ｎ側電極２５を形成する領域を露出させたｎ層２２上に形成されている。ｐ側電極２６は、ｐ層２４上に形成されている。
【００２８】
反射ケース３は、中央部に、外形が平面視して矩形の一つである正方形状の開口を有する凹部３１が形成された単結晶シリコン板である。この凹部３１の底面には、発光素子２のｎ側電極２５とｐ側電極２６とがバンプ５ａ，５ｂを介してそれぞれ導通接続されるｎ側端子３２とｐ側端子３３とが形成されている。このｎ側端子３２とｐ側端子３３とは、反射ケース３が実装される実装基板に設けられた端子と接続する接続端子３５，３６にスルーホール電極３４ａ，３４ｂを介して接続されている。
【００２９】
また、反射ケース３の凹部３１の周壁面は、主光出射方向Ｆへ向かって徐々に正方形状の開口が広がるように形成された傾斜面となっており、この傾斜面が、単結晶シリコンの（１１１）面で形成されている。この傾斜面が、発光素子２から側方へ出射した光を主光出射方向Ｆへ反射する反射面Ｒとなる。
【００３０】
この反射面Ｒは、Ａｇ，Ａｌ，Ａｇ合金によって反射コーティングされている。反射面Ｒは、発光素子２が搭載される搭載面Ｓとのなす角が、約１２５°に形成されている。
【００３１】
樹脂封止部４は、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂を、反射ケース３の凹部３１に充填することで形成されている。この樹脂封止部４は、発光素子２からの光に励起され、波長変換して補色となる色を発光する蛍光体を樹脂に含有していてもよい。例えば、発光素子２が青色に発光するものであれば、蛍光体としては黄色に波長変換するものを採用することによって、樹脂封止部４の表面を、発光素子２からの青色と波長変換された黄色とが混色して白色に発光させることができる。
【００３２】
以上のように構成される本発明の実施の形態１に係る発光装置の製造方法を、図３および図４に基づいて説明する。図３（Ａ）から同図（Ｄ）および図４（Ａ）から同図（Ｄ）は、図１に示す発光装置の製造方法の各工程を示す図である。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、まずウエハ状態の単結晶シリコン板（以下、単に単結晶シリコン板と称す。）１０を準備する。この単結晶シリコン板１０の表面は、（１００）面である。図３（Ｂ）に示すように、単結晶シリコン板１０の表面であって、発光装置１の凹部３１（図１および図２参照）とする位置に、マスク（保護膜）として正方形状に開口したＳｉＯ2などの酸化膜１１を形成する。そして、図３（Ｃ）に示すように、酸化膜１１が形成された単結晶シリコン板１０を、アルカリ系溶液であるＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液をエッチング溶液としてエッチングをする。
【００３４】
エッチング速度は、エッチング溶液の種類と、結晶方向によって依存するが、例えば、単結晶シリコン板１０をＫＯＨ水溶液でエッチングすると、結晶面の方向によってエッチング速度が異なるため、結晶面に沿って極めて正確な平滑面が現れる異方性エッチングとなる。この異方性エッチングによって、単結晶シリコン板１０は、（１１１）面が反射面Ｒとして機能する傾斜面となって現れ、発光素子２を搭載可能な面積の搭載面Ｓとなるエッチングすることで、正方形状の開口を有する凹部３１が形成される。単結晶シリコン板１０の表面である（１００）面と反射面Ｒとなる（１１１）面とのなす角が５４．７４°となるので、この反射面Ｒと発光素子２が搭載される搭載面Ｓとのなす角は、１２５．２６°となる。しかし、エッチングの度合いによっては、単結晶シリコン板１０の（１００）面と、搭載面Ｓとが厳密に平行とはならないときもある。反射面Ｒとしては、発光素子２から側方へ出射された光が、主光出射方向Ｆへ反射可能な程度の傾斜面となればよいので、反射面Ｒと搭載面Ｓとのなす角として数度の公差が生じていても問題はない。
【００３５】
次に、図３（Ｄ）に示すように、異方性エッチングにより凹部３１が形成された単結晶シリコン板１０上の酸化膜１１を除去する。
【００３６】
図４（Ａ）に示すように、異方性エッチングにより凹部３１が形成された単結晶シリコン板１０に、スルーホール電極３４ａ，３４ｂを形成すると共に、スルーホール電極３４ａ，３４ｂに導通するｎ側端子３２およびｐ側端子３３と接続端子３５，３６などの配線パターンを形成する。
【００３７】
ｎ側端子３２およびｐ側端子３３の間の導通を極力抑制するためには、単結晶シリコン板１０として、半絶縁性のシリコン板を用いるのが望ましい。スルーホール電極３４ａ，３４ｂの形成後に、ｎ側端子３２およびｐ側端子３３や、接続端子３５，３６を形成するときには、単結晶シリコン板１０の表面（スルーホール電極３４ａ，３４ｂ内を含む）を酸化させて、薄くＳｉＯ2膜を形成してもよい。
【００３８】
図４（Ｂ）に示すように、凹部３１の反射面Ｒに、高い反射率を有するＡｇ膜を蒸着する。反射面Ｒに、反射コーティングを施して反射コーティング面３７を形成することで、更に反射効率を向上させることができる。また、（１１１）面を反射面Ｒとすることで、切削により形成した凹部と比較して、極めて平滑な傾斜面となるので、反射コーティングを施すことで、平滑な反射コーティング面３７を得ることができる。従って、発光素子２から側方へ出射された光が乱反射することなく、主光出射方向Ｆ（図２参照）へ反射させることができる。
【００３９】
図４（Ｃ）に示すように、ｎ側端子３２およびｐ側端子３３が形成された位置に合わせて、バンプ５ａ，５ｂを介して発光素子２を導通搭載する。図４（Ｄ）に示すように、発光素子２を搭載した凹部３１に樹脂を充填して樹脂封止部４を形成する。
【００４０】
そして、単結晶シリコン板１０をダイサーで個々に切断して個片とすることで、単結晶シリコン板１０が反射ケース３となり、図１および図２に示す本実施の形態１に係る発光装置１を得ることができる。単結晶シリコン板１０を個片とする場合、ダイサーで切断する以外に、集光したレーザ光を走査して切断してもよい。レーザ光で切断するようにすれば、ダイサーで切断するときより、切断幅が狭いので、隣接する発光装置１同士の間を接近させた状態で、単結晶シリコン板１０にレイアウトできる。従って、同じ面積の単結晶シリコン板１０であれば、ダイサーで切断可能にレイアウトするより、レーザ光で切断可能にレイアウトした方が、効率よく大量に発光装置１を得ることができる。
【００４１】
このように、単結晶シリコン板１０に凹部３１を設け、その凹部３１の周壁面を反射面Ｒとして（１１１）面で形成することで、反射面Ｒを凹凸の少ない平滑な面とすることができる。従って、効率よく発光素子２から側方へ出射する光を反射させることができるので、輝度の向上を図ることができる。
【００４２】
また、反射ケース３を、異方性エッチングにより単結晶シリコン板１０に凹部３１を形成することで、発光素子２の周囲を囲う反射面Ｒと、発光素子２を搭載する搭載面Ｓとを一体的に形成できるので、容易に、かつ大量に反射ケース３を作製することができる。従って、単結晶シリコン板１０から異方性エッチングにより反射ケース３を作製することで優れた量産性が得られる。
【００４３】
更に、凹部３１は、搭載面Ｓは、湾曲部分のないほぼ平面にエッチングされるので、発光素子２を搭載するための面積を確保するために、搭載面Ｓを必要以上に大きく形成しなくてもよい。例えば、搭載面Ｓが、反射面Ｒに向かって徐々に凹状または凸状に湾曲するような面にエッチングされるのであれば、発光素子２を搭載するためには、搭載面Ｓの中央部分に形成される平面部分を広く確保する必要があるので、搭載面Ｓ全体を広く形成することになり、発光素子２が配置される凹部３１も大きく形成することになって、結果として発光装置１全体の大きさも大きくなる。従って、搭載面Ｓが、湾曲部分のないほぼ平面となることで、発光装置１を小型の点光源として形成することができる。
【００４４】
また、反射ケース３が熱伝導性に優れたシリコンによる一体成形であるので、発光素子２で発生する熱を、反射ケース３が全体で効率よく放散させることができる。
【００４５】
また、凹部３１の開口が正方形状に形成されているので、例えば、この発光装置１を、デジタルカメラ機能付き携帯電話装置などのストロボとして搭載した場合には、正方形状に広がるような配光となる。従って、人物撮影などに好適である。
【００４６】
なお、本実施の形態１では、発光素子２をフリップチップ実装により反射ケース３に搭載することで、ワイヤレス接続としているが、ワイヤボンドが必要な発光素子によっては、ワイヤにより反射ケース３の凹部３１の底面に設けられた端子と接続するようにしてもよい。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光装置を、図５および図６に基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る発光装置を示す平面図である。図６は、図５に示す発光装置の断面図である。なお、図５および図６に示す本実施の形態２に係る発光装置６は、実施の形態１に係る発光装置の外形を、正方形状から長方形状に変更したもので、発光素子２、反射ケース３、および樹脂封止部４を形成する材質等は同じものを使用することができるので、図１および図２と同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
図５および図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る発光装置６は、平面視して長方形状の発光素子２が、反射ケース３に設けられ、外形が平面視して矩形の一つである長方形状に開口が形成された凹部３１の底面に配置されている。
【００４９】
長方形状に開口が形成された凹部３１は、実施の形態１において説明した異方性エッチングの際のマスクを、長方形状に開口が形成されたマスクとすることで、容易に形成することができる。
【００５０】
このように、外形が平面視して長方形状に形成された本実施の形態２の発光素子２に応じて、反射ケースの凹部３１を長方形状に形成することで、例えば、発光装置１を、デジタルカメラ機能付き携帯電話装置などのストロボとして搭載した場合には、縦長または横長な長方形状に広がるような配光となるので、人物撮影などに好適である。特に、縦長の配光とすると、上半身または全身を均等に照射させる配光が可能なので、最適である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、発光素子の側方へ出射した光を、効率よく反射することが可能な反射面を形成することで、輝度の向上を図ることが可能なので、発光素子と、発光素子の周囲を囲うように形成された反射面を有する反射ケースとを備えた発光装置およびその製造方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光装置を示す平面図
【図２】図１に示す発光装置の断面図
【図３】（Ａ）から（Ｄ）は、図１に示す発光装置の製造方法の各工程を示す図
【図４】（Ａ）から（Ｄ）は、図１に示す発光装置の製造方法の各工程を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係る発光装置を示す平面図
【図６】図５に示す発光装置の断面図
【符号の説明】
【００５３】
１  発光装置
２  発光素子
２１  基板
２２  ｎ層
２３  発光層
２４  ｐ層
２５  ｎ側電極
２６  ｐ側電極
３  反射ケース
３１  凹部
３２  ｎ側端子
３３  ｐ側端子
３４ａ，３４ｂ  スルーホール電極
３５，３６  接続端子
３７  反射コーティング面
４  樹脂封止部
５ａ，５ｂ  バンプ
６  発光装置
１０  ウエハ状態の単結晶シリコン板
１１  酸化膜
Ｒ  反射面
Ｓ  搭載面
【図１】
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【図２】
2008130723.tif 000004
【図３】
2008130723.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008130723.tif 000007
【図６】
2008130723.tif 000008