(57)【要約】【課題】発光効率を向上させた発光素子および発光装置を提供する。【解決手段】実施形態の発光素子は、基板と、前記基板の上に設けられた導電層と、前記導電層の上に設けられた積層体と、を備える。積層体は、第１導電形の第１半導体層と、前記導電層に接続された第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む。さらに、発光素子は、前記第１半導体層の上に設けられた第４半導体層であって、前記第１半導体層の側に位置する第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第４半導体層と、複数の樹脂領域を含む樹脂層であって、前記第４半導体層の前記第２面から前記第１面に向かって前記複数の樹脂領域のいずれかが延在し、蛍光体を含む樹脂層と、を備える。【選択図】図１
2017055062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられた導電層と、
前記導電層の上に設けられた積層体であって、
第１導電形の第１半導体層と、
前記導電層に接続された第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を含む積層体と、
前記第１半導体層の上に設けられた第４半導体層であって、前記第１半導体層の側に位置する第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第４半導体層と、
複数の樹脂領域を含む樹脂層であって、前記第４半導体層の前記第２面から前記第１面に向かって前記複数の樹脂領域のいずれかが延在し、蛍光体を含む樹脂層と、
を備えた発光素子。
【請求項２】
前記複数の樹脂領域のいずれかは、前記第２面から前記第１面にまで延在した請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
導電体をさらに備え、
前記導電体は、前記積層体内を前記第２半導体層から前記第１半導体層に向かう第１方向に延在し、
前記導電体は、前記第１半導体層に接続され、
前記導電体は、前記複数の樹脂領域のいずれかと、前記いずれかの樹脂領域に隣接する樹脂領域と、の間に設けられた前記第４半導体層の下に位置する請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第４半導体層の熱伝導率は、前記樹脂層の熱伝導率よりも高い請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項５】
前記積層体および前記第４半導体層は、窒化物半導体を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
【請求項６】
基板と、
前記基板の上に設けられた導電層と、
前記導電層の上に設けられた積層体であって、
第１導電形の第１半導体層と、
前記導電層に接続された第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、
を含み、前記第１半導体層は、前記発光層の側に位置する第３面と、前記第３面の反対側の第４面と、を有する積層体と、
複数の樹脂領域を含む樹脂層であって、前記第１半導体層の前記第４面から前記第３面に向かって前記複数の樹脂領域のいずれかが延在し、蛍光体を含む樹脂層と、
を備えた発光素子。
【請求項７】
導電体をさらに備え、
前記導電体は、前記積層体内を前記第２半導体層から前記第１半導体層に向かう第１方向に延在し、
前記導電体は、前記第１半導体層に接続され、
前記導電体は、前記複数の樹脂領域のいずれかと、前記いずれかの樹脂領域に隣接する樹脂領域と、の間に設けられた前記第１半導体層の下に位置する請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記蛍光体を含む前記樹脂層は、前記第１半導体層の上に設けられた請求項６または７に記載の発光素子。
【請求項９】
凹部を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた金属板と、
前記金属板の上に設けられた、請求項１〜８のいずれか１つの発光素子と、
を備えた発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体を含む前記樹脂層は、前記凹部に設けられた請求項９記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光素子および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子は、発光層がｐ形半導体層とｎ形半導体層との間に設けられた構造を含む。この発光素子を有する発光装置では、発光素子が金属フレームの上に設けられ、発光素子と金属フレームとが発光装置の筐体内に収容される。発光素子の上には、発光素子から出射された光の波長を変換する蛍光体層が設けられる。
【０００３】
しかし、蛍光体層は樹脂を含む。樹脂の熱伝導率は、比較的低い。これにより、蛍光体から発せられる熱が蛍光体層に溜まり易くなる。その結果、発光素子または発光装置の発光効率が低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０８７２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、発光効率を向上させた発光素子および発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の発光素子は、基板と、前記基板の上に設けられた導電層と、前記導電層の上に設けられた積層体と、を備える。積層体は、第１導電形の第１半導体層と、前記導電層に接続された第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む。さらに、発光素子は、前記第１半導体層の上に設けられた第４半導体層であって、前記第１半導体層の側に位置する第１面と、前記第１面の反対側の第２面と、を有する第４半導体層と、複数の樹脂領域を含む樹脂層であって、前記第４半導体層の前記第２面から前記第１面に向かって前記複数の樹脂領域のいずれかが延在し、蛍光体を含む樹脂層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子を表す模式的平面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る発光素子の作用を表す模式的断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）は、第３実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。図８（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子を表す模式的平面図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【図１２】図１２は、第４実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第５実施形態に係る発光装置を表す模式的断面図である。
【図１４】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、第６実施形態に係る発光装置を表す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。図面には、必要に応じてＸＹＺ座標が導入される。
【０００９】
（第１実施形態）  
図１（ａ）は、第１実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子を表す模式的平面図である。図１（ａ）には、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線に沿った断面が表されている。
【００１０】
第１実施形態に係る発光素子１は、フェイスアップ型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子である。発光素子１は、基板１０と、積層体２０と、導電層４１、導電層４２と、第４半導体層２４と、樹脂層３０と、導電体５１と、を備える。積層体２０は、第１半導体層２１と、発光層２３と、第２半導体層２２と、を含む。積層体２０は、半導体発光部２０とも称される。
【００１１】
実施形態において、基板１０から積層体２０に向かう方向をＺ方向とする。Ｘ方向は、Ｚ方向に交差する。Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に交差する。
【００１２】
基板１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）を含む。基板１０は、例えば、シリコンウェーハが個片化されたシリコン板である。基板１０がＸ−Ｙ平面（Ｚ方向に対して垂直な平面）に投影されたとき、基板１０は、積層体２０と重なる。Ｘ−Ｙ平面における基板１０の外形は、例えば、矩形である。但し、基板１０の外形は、任意である。基板１０は、下面１０ｄと、下面１０ｄと反対側の上面１０ｕと、を有する。基板１０の下面１０ｄは、研磨され、その厚さが適宜調整される。発光素子１において、基板１０の下面１０ｄは、実装基板に接合される面である。基板１０の下面１０ｄには、金属膜を設けてもよい。例えば、基板１０の下面１０ｄは、半田材等の接合剤を介して、例えば、リードフレームに接合される。基板１０は、銅（Ｃｕ）またはタングステン銅（ＣｕＷ）等の金属基板でもよい。
【００１３】
導電層４２は、基板１０の上に設けられている。導電層４２は、導電層４１と基板１０との間に設けられている。導電層４２は、導電層４１と、基板１０とに電気的に接続されている。導電層４２の一部は、積層体２０の外側に延在してもよい。
【００１４】
ここで、「外側」とは、例えば、以下の概念で定義される。例えば、発光素子１の中心から発光素子１の外端１ｅに向かう方向において、発光素子１の中心から遠ざかるほど、「外側」であると定義される。また、例えば、発光素子１の外端１ｅから発光素子１の中心に向かう方向において、発光素子１の外端１ｅから遠ざかるほど、「内側」であると定義される。
【００１５】
例えば、導電層４２は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、半田材の少なくともいずれかを含む。例えば、半田材は、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、およびＰｂ−Ａｇ系の少なくともいずれかを含む。Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｎｉ膜の少なくともいずれかは、半田材と基板１０との間に設けられる。
【００１６】
また、導電層４２は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜を含む積層膜であってもよい。例えば、Ａｕ（金）膜と積層体２０との間に、Ｐｔ（白金）膜が配置され、Ｐｔ膜と積層体２０との間にＴｉ（チタン）膜が配置される。導電層４２をＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。但し、導電層４２の外形は、任意である。導電層４２と基板１０との間には、接合剤が設けられてもよい。接合剤は、導電層４２と、基板１０との密着力を高める導電材料（例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ））を含む。
【００１７】
導電層４１は、例えば、発光素子１のｐ側電極である。導電層４１は、第２半導体層２２に接続されている。導電層４１は、導電層４２の上に設けられている。導電層４１は、積層体２０と導電層４２との間に設けられている。導電層４１は、光反射性の層でもある。導電層４１には、例えば、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）の少なくともいずれかを含む。導電層４１は、積層体２０の第２半導体層２２にオーミック接続されている。導電層４１をＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。但し、導電層４１の外形は、任意である。基板１０は、導電層４１、４２を介して、積層体２０の第２半導体層２２に電気的に接続されている。
【００１８】
導電層４１は、積層体２０の発光層２３から発せられる発光光に対して高い反射率を有することが好ましい。導電層４１の光反射率を高めることで、発光素子の光取り出し効率が向上する。光取出し効率とは、発光層２３で発生した光の全光束のうち、発光素子１の外部へ取り出すことができる光の全光束の割合を意味する。
【００１９】
積層体２０は、導電層４１の上に設けられている。積層体２０は、導電層４１と第４半導体層２４との間に設けられている。積層体２０は、第１導電形（以下、例えば、ｎ形）の第１半導体層２１と、第２導電形（以下、例えば、ｐ形）の第２半導体層２２と、発光層２３と、を含む。発光層２３は、第１半導体層２１と第２半導体層２２との間に設けられている。第２半導体層２２、発光層２３、第１半導体層２１は、この順に下から上に積層されている。第２半導体層２２、発光層２３、第１半導体層２１は、エピタキシャル成長層である。
【００２０】
第１半導体層２１の上面２１ｕは、凹凸になっている。例えば、第１半導体層２１の上面２１ｕにおいて、凸部２１ａがＸ方向またはＹ方向に並ぶ。このような凹凸を設けることで、第１半導体層２１の上面２１ｕの面積が増え、第１半導体層２１からの光取り出し効率が向上する。
【００２１】
積層体２０（第２半導体層２２、発光層２３、第１半導体層２１）は、例えば、窒化物半導体（例えば、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１））を含む。ただし、本実施形態において、発光素子は任意である。発光層２３は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有する。発光層２３は、例えば、青色光を発する。積層体２０のＺ方向における厚さは、例えば、１５０μｍ〜２５０μｍである。積層体２０をＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。但し、積層体２０の外形は、任意である。
【００２２】
第１半導体層２１は、導電体５１に電気的に接続されている。導電体５１は、発光素子１のｎ側電極である。導電体５１は、第１導電部５１ａと、第２導電部５１ｂと、を含む。第１導電部５１ａは、例えば、積層体２０内を第２半導体層２２から第１半導体層２１に向かう方向（Ｚ方向）に延在する。第２導電部５１ｂは、導電層４１、４２内を、例えば、Ｙ方向に延在する。第２導電部５１ｂは、Ｘ方向に延在してもよい。
【００２３】
第１導電部５１ａの上端５１ｕは、第１半導体層２１に接している。第１導電部５１ａの上端５１ｕは、第１半導体層２１にオーミック接触をしている。第２導電部５１ｂは、積層体２０の外側に設けられた電極パッド５３に接続されている。導電体５１と積層体２０との間、導電体５１と導電層４１との間、および導電体５１と導電層４２との間には、絶縁膜５５が設けられている。第１導電部５１ａ、第２導電部５１ｂ、および電極パッド５３のそれぞれの数は、図示される数に限られない。
【００２４】
導電体５１は、例えば、Ｔｉ膜／Ａｌ膜の順に積層された層である。また、導電体５１は、例えば、Ａｌ膜の単層であってもよい。導電体５１は、例えば、下層から、Ｔｉ膜／Ａｇ膜の順に積層された層であってもよい。導電体５１は、例えば、Ａｇ膜の単層であってもよい。
【００２５】
第４半導体層２４は、第１半導体層２１の上に設けられている。第４半導体層２４は、窒化物半導体（例えば、ＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１））を含む。第４半導体層２４の熱伝導率は、樹脂層３０の熱伝導率よりも高い。第４半導体層２４は、第１面（以下、例えば、下面２４ｄ）と、下面２４ｄの反対側の第２面（以下、例えば、上面２４ｕ）とを有する。下面２４ｄは、第１半導体層２１の側に位置する。
【００２６】
第４半導体層２４は、Ｘ方向に延びる第１部分２４ｘと、Ｙ方向に延在する第２部分２４ｙと、第１部分２４ｘと第２部分２４ｙとが交差する第３部分２４ｃと、第１部分２４ｘ、第２部分２４ｙ、および第３部分２４ｃを囲む第４部分２４ｆと、を含む。第４半導体層２４をＸ−Ｙ平面に投影したとき、第４半導体層２４は、網状になっている。
【００２７】
Ｙ方向において、第１部分２４ｘのピッチは、第１半導体層２１の凸部２１ａのピッチよりも長い。Ｘ方向において、第２部分２４ｙのピッチは、第１半導体層２１の凸部２１ａのピッチよりも長い。また、第４半導体層２４の厚さは、第１半導体層２１の上面２１ｕの凹凸の段差よりも厚い。
【００２８】
第４半導体層２４には、複数の第１孔２４ｈが設けられている。複数の第１孔２４ｈは、上面２４ｕから下面２４ｄに向かって延在する。複数の第１孔２４ｈのいずれかは、上面２４ｕから下面２４ｄにまで延在している。例えば、複数の第１孔２４ｈのそれぞれは、上面２４ｕから下面２４ｄにまで貫通している。第４半導体層２４の下面２４ｄは、第１半導体層２１に接する。第４半導体層２４のＺ方向における厚さは、例えば、５０μｍ〜１５０μｍである。第４半導体層２４および第１孔２４ｈをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。但し、第４半導体層２４および第１孔２４ｈの外形は、任意である。例えば、第１孔２４ｈの外形は、円、楕円等であってもよい。
【００２９】
第４半導体層２４の材料は、窒化物半導体に限らない。例えば、第４半導体層２４に代えて、サファイア、スピネル、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを含む層を、第１半導体層２１の上に設けてもよい。この層には、複数の第１孔２４ｈが設けられている。
【００３０】
樹脂層３０は、複数の樹脂領域３０ａを含む。樹脂層３０は、第１半導体層２１の上に設けられている。複数の第１孔２４ｈのいずれかに樹脂領域３０ａが設けられている。複数の樹脂領域３０ａのいずれかは、第４半導体層２４の上面２４ｕから下面２４ｄに向かって延在している。例えば、樹脂領域３０ａは、複数の第１孔２４ｈのそれぞれに設けられている。複数の樹脂領域３０ａは、Ｘ方向に並び、Ｙ方向に並ぶ。樹脂領域３０ａのＺ方向における厚さは、例えば、５０μｍ〜１５０μｍである。第４半導体層２４は、複数の樹脂領域３０ａのいずれかと、このいずれかの樹脂領域３０ａに隣接する樹脂領域３０ａとの間に設けられる。複数の樹脂領域３０ａの数は、図示される数に限られない。
【００３１】
複数の樹脂領域３０ａのそれぞれをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。複数の樹脂領域３０ａのそれぞれをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、同じ外形になっている。但し、複数の樹脂領域３０ａの外形は、任意である。樹脂層３０は、蛍光体（波長変換粒子）を含む。樹脂層３０は、発光層２３から発せられる光の波長を、違う波長に変換する波長変換層である。
【００３２】
一例として、基板１０の上面１０ｕから樹脂層３０の上面３０ｕまでの長さは、基板１０の上面１０ｕから第４半導体層２４の上面２４ｕまでの距離と同じである。樹脂層３０は、第４半導体層２４に接する。樹脂層３０の下面３０ｄは、第１半導体層２１の上面２１ｕに接する。樹脂層３０は、第４半導体層２４の上面２４ｕよりも上に形成されてもよい。この場合、複数の樹脂領域３０ａは、第４半導体層２４の上面２４ｕよりも上に設けられた樹脂層と一体になる。つまり、樹脂層３０は、複数の樹脂領域３０ａと第４半導体層２４の上面２４ｕよりも上に設けられた樹脂層とを含んでもよい。樹脂層３０は、透光性のある樹脂を含む。樹脂層３０は、例えば、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、およびガラス等の少なくともいずれかを含む。
【００３３】
蛍光体は、例えば、青色光を吸収し、黄色光を発する。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）であってもよい。蛍光体は、例えば、Ｌｉ（Ｅｕ，Ｓｍ）Ｗ２Ｏ８、（Ｙ，Ｇｄ）３，（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｌｉ２ＳｒＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ（Ｃａ，Ｂａ））３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉ２ＯＮ２．７：Ｅｕ２＋等の少なくともいずれかである。一例として、黄色光と青色光との全光束の比は、７：３である。
【００３４】
また、蛍光体は、黄色系の蛍光体に限らず、例えば、赤色を発する蛍光体でもよい。例えば、蛍光体は、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３、（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）２Ｏ３、ＹＶＯ４：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＬａＳｉ３Ｎ５：Ｅｕ２＋、α−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉＮＸ：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉＮＸ：Ｃｅ２＋、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕＸ＋、Ｓｒｘ（ＳｉｙＡｌ３）ｚ（ＯｘＮ）：ＥｕＸ＋等の少なくともいずれかであってもよい。
【００３５】
発光素子１において、光の取り出しは、基板１０とは反対側の樹脂層３０の側から行われる。
【００３６】
図２（ａ）〜図５（ｂ）は、第１実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【００３７】
例えば、図２（ａ）に表すように、第４半導体層２４の上に、第１半導体層２１、発光層２３、および第２半導体層２２がこの順にエピタキシャル成長される。第４半導体層２４は、結晶成長用の基板でもある。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に表すように、第２半導体層２２の上に、導電層４１が形成される。
【００３９】
次に、図３（ａ）に表すように、導電層４１の上に、マスク層９０がフォトリソグラフィおよびドライエッチングによってパターニングされる。マスク層９０から露出された積層体２０には、トレンチ（不図示）が形成され、トレンチ内壁から絶縁膜５５、第１導電部５１ａがこの順に形成される。また、マスク層９０から露出された第２半導体層２２の上には、絶縁膜５５、第２導電部５１ｂがこの順に形成される。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に表すように、マスク層９０の上に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによってマスク層９１が形成される。さらに、導電体５１の上に絶縁膜５５が形成される。この後、マスク層９０、９１は除去される。
【００４１】
次に、図４（ａ）に表すように、導電層４２と導電層４１とが接合される。例えば、導電層４２が半田材を含む場合、導電層４２が半田材の融点以上に加熱される。そして、基板１０と導電層４１とが導電層４２を介して接触した後、基板１０と導電層４１とが導電層４２を介して半田接合される。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に表すように、第４半導体層２４の上に、マスク層９２がフォトリソグラフィおよびドライエッチングによってパターニングされる。
【００４３】
次に、図５（ａ）に表すように、マスク層９２から露出された第４半導体層２４がＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によってエッチングされる。これにより、第４半導体層２４に複数の第１孔２４ｈが形成される。
【００４４】
次に、図５（ｂ）に表すように、複数の第１孔２４ｈと、複数の第１孔２４ｈのそれぞれを囲む第４半導体層２４と、を覆うマスク層９３が形成される。そして、マスク層９３から露出された積層体２０、マスク層９３から露出された積層体２０の下に位置する導電層４１、絶縁膜５５がＲＩＥにより除去される。
【００４５】
この後は、マスク層９３が除去され、図１（ａ）に表すように、第１半導体層２１の上面２１ｕが凹凸に加工される。また、樹脂層３０と電極パッド５３とが形成される。これにより、発光素子１が形成される。
【００４６】
第１実施形態では、結晶成長用の基板である第４半導体層２４の一部を積層体２０の上に残存させ、第４半導体層２４内に樹脂層３０を設ける。
【００４７】
また、窒化物半導体を含む第４半導体層２４に代えて、サファイア基板、スピネル基板、ガリウムヒ素基板、インジウムリン基板、亜鉛酸化物基板、ゲルマニウム基板、シリコン基板、シリコンゲルマニウム基板、シリコン炭化物基板を結晶用基板としてもよい。
【００４８】
また、第４半導体層２４を、図４（ｂ）で示す段階の前に除去し、第４半導体層２４と同じ形態を有する金属層を、第１半導体層２１の上に形成してもよい。金属層は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを含む。
【００４９】
発光素子１の作用について説明する。  
図６は、第１実施形態に係る発光素子の作用を表す模式的断面図である。
【００５０】
例えば、基板１０に電極パッド５３よりも高い電位を印加した場合、積層体２０の第２半導体層２２には、第１半導体層２１よりも高い電位が印加される。これにより、発光層２３は発光する。
【００５１】
樹脂層３０に含まれる蛍光体は、発光層２３から発せられた光（青色光）の波長より長い波長の光（黄色光）を発する。青色光と黄色光との光エネルギーの差の一部が、例えば、熱として、蛍光体から放出される。
【００５２】
ここで、積層体２０の上に、第４半導体層２４が設けられていない場合を想定する。蛍光体を含む樹脂層３０は、積層体２０の上方に位置している。この場合、蛍光体が発した熱は、樹脂層３０が接した空気の側に放出されたり、樹脂層３０が接した積層体２０の側に放出されたりする。しかし、樹脂層３０の熱伝導率は、半導体材の熱伝導率に比べて低い。これにより、樹脂層３０が発した熱は、樹脂層３０内で溜まり易くなる。特に、樹脂層３０の上層側ほど、熱が溜まり易くなる。
【００５３】
蛍光体の温度が蛍光体の動作温度の範囲を超えると、蛍光体から発せられる光量が低下する可能性がある。すなわち、積層体２０の上に、第４半導体層２４が設けられていない場合、発光素子の発光効率が低下する。ここで、発光効率とは、例えば、発光素子から放出される全光束（ｌｍ）を、発光素子に投入する電力（Ｗ）によって除算した値（ｌｍ／Ｗ）である。全光束（ｌｍ）は、例えば、積分球によって測定される。
【００５４】
これに対し、発光素子１では、積層体２０の上に、第４半導体層２４が設けられている。樹脂層３０の厚さは、第４半導体層２４の厚さ程度である。樹脂層３０は、第４半導体層２４内に設けられている。そして、第４半導体層２４の熱伝導率は、樹脂層３０の熱伝導率に比べて高い。これにより、蛍光体から放出される熱は、樹脂層３０が接した積層体２０の側に伝導するとともに、第４半導体層２４を経由して基板１０の側に放出される。
【００５５】
例えば、第４半導体層２４を上面視したとき、第４半導体層２４は、網状である。また、第４半導体層２４は、樹脂層３０の上面３０ｕにまで延びている。これにより、樹脂層３０の上層、中層、および下層で発する熱は、第４半導体層２４を経由して基板１０の側に効率よく放出される。例えば、図６には、熱の流れの様子が模式的に矢印で表されている。これにより、蛍光体は、過剰に加熱され難くなり、発光素子１の発光効率が増加する。
【００５６】
また、第４半導体層２４が窒化物半導体を含むとき、第４半導体層２４の青色光および黄色光に対する光透過率は、シリコン結晶の青色光および黄色光に対する光透過率よりも高くなる。これにより、発光層２３から発せられる光および蛍光体から発せられる光は、第４半導体層２４によって遮られ難くなる。発光素子１においては、例えば、青色光と黄色光との混色光（白色光）が発光素子１の光取り出し面から効率よく放出される。
【００５７】
例えば、第４半導体層２４の積層体２０上における占有率は、５０％以上、７０％以下であることが好ましい。この占有率の範囲において、いわゆる色むらが抑制される。
【００５８】
（第２実施形態）  
図７は、第２実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。
【００５９】
第２実施形態に係る発光素子２においては、導電体５１の第１導電部５１ａが第４半導体層２４の下に位置する。導電体５１の第１導電部５１ａは、Ｘ方向またはＹ方向において隣り合う樹脂領域３０ａの間に設けられた第４半導体層２４の下に位置する。第１導電部５１ａは、金属を含む。第１導電部５１ａの熱伝導率は、積層体２０および第４半導体層２４の熱伝導率よりも高い。
【００６０】
発光素子２によれば、樹脂層３０で発した熱は、第４半導体層２４と、第４半導体層２４の下側の第１導電部５１ａを経由して基板１０の側に放出され易くなる（矢印参照）。これにより、発光素子２の発光効率は、発光素子１に比べてさらに増加する。
【００６１】
（第３実施形態）  
図８（ａ）は、第３実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。図８（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子を表す模式的平面図である。図８（ａ）には、図８（ｂ）のＡ１−Ａ２線に沿った断面が表されている。
【００６２】
第３実施形態に係る発光素子３においては、第１半導体層２１内に複数の樹脂領域３０ａが延在する。
【００６３】
例えば、第１半導体層２１の第３面（以下、例えば、下面２１ｄ）は、発光層２３に接している。第１半導体層２１の下面２１ｄは、発光層２３の側に位置する。第１半導体層２１の第４面（以下、例えば、上面２１ｕ）は、下面２１ｄの反対側に位置する。
【００６４】
第１半導体層２１は、Ｘ方向に延びる第１部分２１ｘと、Ｙ方向に延在する第２部分２１ｙと、第１部分２１ｘと第２部分２１ｙとが交差する第３部分２１ｃと、第１部分２１ｘ、第２部分２１ｙ、および第３部分２１ｃを囲む第４部分２１ｆと、を含む。第１部分２１ｘ、第２部分２１ｙ、第３部分２１ｃ、および第４部分２１ｆをＸ−Ｙ平面に投影したとき、第１半導体層２１は、網状になっている。
【００６５】
第１半導体層２１には、複数の第２孔２１ｈが設けられている。複数の第２孔２１ｈは、上面２１ｕから下面２１ｄに向かって延在する。隣り合う第２孔２１ｈ間の第１半導体層２１を第１半導体層２１の凸部２１ｔとする。
【００６６】
第１半導体層２１のＺ方向における厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍであり、例えば、１０μｍである。第２孔２１ｈをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。但し、第２孔２１ｈの外形は、任意である。例えば、第２孔２１ｈの外形は、円、楕円等であってもよい。第２孔２１ｈの底面２１ｂｔには、凹凸が設けられている。これにより、第１半導体層２１からの光取り出し効率が向上する。
【００６７】
Ｙ方向において、第１部分２１ｘのピッチは、第１半導体層２１の凸部２１ａのピッチよりも長い。Ｘ方向において、第２部分２１ｙのピッチは、第１半導体層２１の凸部２１ａのピッチよりも長い。また、凸部２１ｔの厚さは、第１半導体層２１の上面２１ｕにおける凹凸の段差よりも厚い。
【００６８】
樹脂層３０は、複数の樹脂領域３０ａと、樹脂領域３０ｂと、を含む。複数の第２孔２１ｈのいずれかに樹脂領域３０ａが設けられている。例えば、樹脂領域３０ａは、複数の第２孔２１ｈのそれぞれに設けられている。複数の樹脂領域３０ａのいずれかは、第１半導体層２１の上面２１ｕから下面２１ｄに向かって延在する。
【００６９】
複数の樹脂領域３０ａは、Ｘ方向に並び、Ｙ方向に並ぶ。第１半導体層２１の凸部２１ｔは、複数の樹脂領域３０ａのいずれかと、このいずれかの樹脂領域３０ａに隣接する樹脂領域３０ａとの間に設けられる。複数の樹脂領域３０ａの数は、図示される数に限られない。複数の樹脂領域３０ａのそれぞれをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、矩形である。複数の樹脂領域３０ａのそれぞれをＸ−Ｙ平面に投影したときの外形は、例えば、同じ外形になっている。但し、複数の樹脂領域３０ａの外形は、任意である。
【００７０】
樹脂領域３０ｂは、複数の樹脂領域３０ａの上および第１半導体層２１の凸部２１ｔの上に設けられている。つまり、樹脂層３０は、第１半導体層２１の上に設けられ、第１半導体層２１を覆う。樹脂層３０のＺ方向における厚さは、例えば、５０μｍ〜１５０μｍである。基板１０の上面１０ｕからの樹脂層３０の上面３０ｕの高さは、基板１０の上面１０ｕからの第１半導体層２１の上面２１ｕの高さと同じであってもよい。
【００７１】
図９（ａ）〜図１１（ｂ）は、第３実施形態に係る発光素子の製造過程を表す模式的断面図である。
【００７２】
例えば、図９（ａ）には、導電層４２と導電層４１とが接合された後の状態が表されている。結晶成長用の基板としては、シリコン基板２７が用いられている。シリコン基板２７に代えて、第４半導体層２４、サファイア基板、スピネル基板、ガリウムヒ素基板、インジウムリン基板、亜鉛酸化物基板、ゲルマニウム基板、シリコン基板、シリコンゲルマニウム基板、およびシリコン炭化物基板のいずれかを用いてもよい。また、第１半導体層２１の厚さは、第２半導体層２２の厚さよりも厚く形成してもよい。
【００７３】
次に、図９（ｂ）に表すように、積層体２０からシリコン基板２７が除去される。例えば、シリコン基板２７は、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去される。結晶成長用基板がサファイア基板の場合には、レーザーリフトオフ法により除去される。
【００７４】
次に、図１０（ａ）に表すように、第１半導体層２１の上に、マスク層９４がフォトリソグラフィおよびドライエッチングによってパターニングされる。
【００７５】
次に、図１０（ｂ）に表すように、マスク層９４から露出された第１半導体層２１がＲＩＥによってエッチングされる。これにより、第１半導体層２１に複数の第２孔２１ｈが形成される。
【００７６】
次に、図１１（ａ）に表すように、複数の第２孔２１ｈと、複数の第２孔２１ｈのそれぞれを囲む第１半導体層２１と、を覆うマスク層９５が形成される。そして、マスク層９５から露出された積層体２０、マスク層９５から露出された積層体２０の下に位置する導電層４１、絶縁膜５５がＲＩＥにより除去される。
【００７７】
次に、図１１（ｂ）に表すように、マスク層９５が除去される。この後、図８（ａ）に表すように、第１半導体層２１の上面２１ｕが凹凸に加工される。また、樹脂層３０と電極パッド５３とが形成される。これにより、発光素子３が形成される。
【００７８】
図８（ａ）、（ｂ）に表すように、発光素子３では、第１半導体層２１内に樹脂層３０が設けられている。第１半導体層２１の熱伝導率は、樹脂層３０の熱伝導率に比べて高い。これにより、蛍光体から放出される熱は、第１半導体層２１の凸部２１ｔ、および樹脂層３０下の第１半導体層２１、樹脂層３０が接した積層体２０の側に伝導するとともに、第４半導体層２４を経由して基板１０の側に放出される。
【００７９】
例えば、第１半導体層２１を上面視したとき、凸部２１ｔは、網状である。これにより、樹脂層３０の上層、中層、および下層で発する熱は、第１半導体層２１の凸部２１ｔ、および樹脂層３０下の第１半導体層２１を経由して基板１０の側に効率よく放出される。これにより、蛍光体は、過剰に加熱され難くなり、発光素子３の発光効率が増加する。
【００８０】
また、第１半導体層２１が窒化物半導体を含むとき、第１半導体層２１の青色光および黄色光に対する光透過率は、シリコン結晶の青色光および黄色光に対する光透過率よりも高くなる。これにより、発光層２３から発せられる光および蛍光体から発せられる光は、第１半導体層２１によって遮られ難くなる。発光素子３においては、例えば、青色光と黄色光との混色光（白色光）が発光素子３の光取り出し面から効率よく放出される。
【００８１】
例えば、第１半導体層２１の凸部２１ｔの積層体２０上における占有率は、５０％以上、７０％以下であることが好ましい。この占有率の範囲において、いわゆる色むらが抑制される。
【００８２】
（第４実施形態）  
図１２は、第４実施形態に係る発光素子を表す模式的断面図である。
【００８３】
第４実施形態に係る発光素子４においては、導電体５１の第１導電部５１ａが複数の樹脂領域３０ａのいずれかと、このいずれかの樹脂領域３０ａに隣接する樹脂領域３０ａとの間に設けられた第１半導体層２１の下に位置する。つまり、導電体５１の第１導電部５１ａは、Ｘ方向またはＹ方向において隣り合う樹脂領域３０ａの間に設けられた第１半導体層２１の下に位置する。
【００８４】
発光素子４によれば、樹脂層３０で発した熱は、樹脂領域３０ａ下の第１半導体層２１と、第１半導体層２１の凸部２１ｔと、凸部２１ｔの下側の第１導電部５１ａと、を経由して基板１０の側に放出され易くなる。これにより、発光素子４の発光効率は、発光素子３に比べてさらに増加する。
【００８５】
（第５実施形態）  
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第５実施形態に係る発光装置を表す模式的断面図である。
【００８６】
図１３（ａ）に示す発光装置１０１は、筐体１１０と、金属板１１１と、上述した発光素子のいずれかと、を備える。筐体１１０は、凹部１１０ｃを有する。金属板１１１は、筐体１１０の底部１１０ｂ内に設けられている。配線１１２は、凹部１１０ｃ内に設けられている。金属板１１１および配線１１２は、例えば、銅を含む。金属板１１１の上には、一例として、発光素子１が設けられている。発光素子１は、凹部１１０ｃ内に設けられている。
【００８７】
発光素子１の基板１０は、例えば、半田材を介して金属板１１１に接合されている。発光素子１の電極パッド５３は、例えば、ワイヤ１１３を介して配線１１２に電気的に接続されている。ワイヤ１１３は、金（Ａｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを含む。筐体１１０の凹部１１０ｃ内には、透光性の樹脂層１１４が設けられている。樹脂層１１４は、発光素子１およびワイヤ１１３を覆う。樹脂層１１４は、例えば、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、およびガラス等の少なくともいずれかを含む。
【００８８】
図１３（ｂ）に示す発光装置１０２では、発光素子１に代えて、一例として発光素子３が設けられている。
【００８９】
発光装置１０１においても、蛍光体が発した熱は、第４半導体層２４を介して基板１０側に効率よく放出され、さらに金属板１１１に放出される。また、発光装置１０２においても蛍光体が発した熱は、第１半導体層２１を介して基板１０側に効率よく放出され、さらに金属板１１１に放出される。
【００９０】
例えば、発光素子１、３は、フェイスアップ型の発光素子であるために、基板１０の下面１０ｄの全域を金属板１１１に接続させることができる。すなわち、発光素子１、３は、細いバンプ電極を介して金属板１１１に接続する必要ない。これにより、樹脂層３０から基板１０にまで到達した熱は、基板１０の下面１０ｄの全域から金属板１１１に放出される。
【００９１】
（第６実施形態）  
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、第６実施形態に係る発光装置を表す模式的断面図である。
【００９２】
図１４（ａ）に示す発光装置１０３においては、金属板１１１の上に、一例として、発光素子１が設けられている。筐体１１０の凹部１１０ｃには、蛍光体を含む樹脂層１３０が設けられている。樹脂層１３０の材料は、樹脂層３０の材料と同じである。樹脂層１３０に含まれる蛍光体の材料は、樹脂層３０に含まれる蛍光体の材料と同じである。図１４（ｂ）に示す発光装置１０４では、発光素子１に代えて、一例として発光素子３が設けられている。
【００９３】
発光装置１０３においては、蛍光体が発した熱は、第４半導体層２４を介して基板１０側、さらに金属板１１１に効率よく放出される。また、発光装置１０４においても、蛍光体が発した熱は、第１半導体層２１を介して基板１０側、さらに金属板１１１に効率よく放出される。また、発光装置１０３、１０４においては、蛍光体を凹部１１０ｃ内に設けた樹脂層１３０に分散させることにより、蛍光体が発した熱が筐体１１０にも放出される。
【００９４】
本実施形態において「窒化物半導体」とは、総括的に、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙおよびｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、および、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００９５】
上記の実施形態では、「ＡはＢの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、ＡがＢに接触して、ＡがＢの上に設けられている場合の他に、ＡがＢに接触せず、ＡがＢの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「ＡはＢの上に設けられている」は、ＡとＢとを反転させてＡがＢの下に位置した場合や、ＡとＢとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００９７】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、３、４  発光素子、  １ｅ  外端、  １０  基板、  １０ｕ  上面、  １０ｄ  下面、  ２０  積層体、半導体発光部、  ２１  第１半導体層、  ２１ａ  凸部、  ２１ｔ  凸部、  ２１ｘ  第１部分、  ２１ｙ  第２部分、  ２１ｃ  第３部分、  ２１ｆ  第４部分、  ２１ｄ  下面、  ２１ｕ  上面、  ２１ｈ  第２孔、  ２１ｂｔ  底面、  ２２  第２半導体層、  ２３  発光層、  ２４  第４半導体層、  ２４ｘ  第１部分、  ２４ｙ  第２部分、  ２４ｃ  第３部分、  ２４ｆ  第４部分、  ２４ｄ  下面、  ２４ｈ  第１孔、  ２４ｕ  上面、  ２７  シリコン基板、  ３０、１１４、１３０  樹脂層、  ３０ａ  樹脂領域、  ３０ｂ  樹脂領域、  ３０ｕ  上面、  ３０ｄ  下面、  ４１、４２  導電層、  ５１  導電体、  ５１ａ  第１導電部、  ５１ｂ  第２導電部、  ５１ｕ  上端、  ５３  電極パッド、  ５５  絶縁膜、  ９０、９１、９２、９３、９４、９５  マスク層、  １０１、１０２、１０３、１０４  発光装置、  １１０  筐体、  １１０ｂ  底部、  １１０ｃ  凹部、  １１１  金属板、  １１２  配線、  １１３  ワイヤ
【図１】
2017055062.tif 000003
【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６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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