(57)【要約】【課題】出力光の利用効率の高い半導体発光チップを提供する。【解決手段】反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ（半導体発光チップ）１０は、点光源ＬＥＤチップ１０の一面上に固着され、光透過面４２を底面に光学的に露出させる凹穴４６を有する支持層１４と、その凹穴４６の内周面に形成されて光透過面４２から出力される光のうちのその内周面に入射する光を反射する反射鏡４８とを、含むことから、光軸Ａに対して所定角度以上の斜めの光であっても反射鏡４８により反射されて利用可能とされる。たとえば光ファイバ１２の端面５６に入射させられて、出力光の利用効率の高い点光源ＬＥＤチップ１０が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が出力される光透過面が一面において局部的に設けられた半導体発光チップであって、
硬化後の感光性樹脂から構成されて前記一面上に固着され、前記光透過面を底面に光学的に露出させる凹穴が形成された支持層と、
前記凹穴の内周面に形成されて前記光透過面から出力される光のうちの該内周面に入射する光を反射する反射鏡と
を、含むことを特徴とする反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項２】
前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が硬化させられたものであることを特徴とする請求項１の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項３】
前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が光透過成形型により押圧された状態で該光透過成形型を透過する光により硬化させられたものであることを特徴とする請求項２の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項４】
前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が、露光パターンの境界の光透過度が連続的に変化するグレースケールマスクを透過する光により硬化させられたものであることを特徴とする請求項２の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項５】
前記支持層は、型成形され且つ凹穴内周面に反射鏡が形成された後の樹脂シートが前記一面上に接着されたものであることを特徴とする請求項１の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項６】
前記凹穴は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面を有するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項７】
前記凹穴は、前記反射鏡が形成された反射鏡部と、該反射鏡部の前記一面と離隔する側に光ファイバーの先端部を嵌め入れるために該反射鏡部と同心の１または２以上の嵌合部とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【請求項８】
前記凹穴は、前記光ファイバーの先端部を前記嵌合部に案内するためのテーパ状案内部を該嵌合部の前記一面と離隔する側に有することを特徴とする請求項７の反射鏡を備えた半導体発光チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーに光を供給するための光源などとして好適に用いられる点光源ＬＥＤなどの半導体発光チップの光出力効率をさらに改善した反射鏡を備えた半導体発光チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
点光源ＬＥＤなどの光が出力される光透過面が一面側に局部的に設けられた半導体発光チップは、たとえば基板の上にエピタキシャル成長させられた半導体多層膜内に設けられた活性層とその活性層の一部に電流が集中する電流狭窄構造とを備え、活性層の一部に電流集中が行われることにより局部的に発光させられた光が、出力側の一面に局部的に設けられた光透過面を通して出力されるようになっている。このような半導体発光チップは一層高い発光効率が求められ、種々の工夫が為されている。
【０００３】
たとえば特許文献１では、活性層の基板側に反射層が設けられ、活性層から基板側へ向かう光がその反射層により前記光透過面側へ反射させることにより発光効率を高めた面発光ダイオードが提案されている。特許文献２では、活性層を挟む一対の反射膜を備え、それら一対の反射膜の間で光を共鳴させる空洞を形成し、その共鳴光を出力させることにより発光効率を高めた半導体発光素子が提案されている。また、特許文献３では、発光層として厚みを薄くした量子井戸層を用いるとともに一対の反射膜の間で共鳴共振している光の腹にその量子井戸層を位置させることにより発光効率を高めた面発光デバイスが提案されている。
【特許文献１】特開平０９−２８９３３６号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２６１５号公報
【特許文献３】特開２００２−２０４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の半導体発光素子では、その一面に局部的に設けられた光透過面すなわち光出力面から出力される光は必ずしも一定方向ではなく光軸に対して斜めに出力され、光軸に対して所定角度以上の斜めの光は利用されることなく無駄となり、実質的に発光効率を低下させていた。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、出力光の利用効率の高い半導体発光チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、(a) 光が出力される光透過面が一面において局部的に設けられた半導体発光チップであって、(b) 硬化後の感光性樹脂から構成されて前記一面上に固着され、前記光透過面を底面に光学的に露出させる凹穴が形成された支持層と、(c) 前記凹穴の内周面に形成されて前記光透過面から出力される光のうちの該内周面に入射する光を反射する反射鏡とを、含むことにある。
【０００７】
また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が硬化させられたものであることにある。
【０００８】
また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項２に係る発明において、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が光透過成形型により押圧された状態で該光透過成形型を透過する光により硬化させられたものであることにある。
【０００９】
また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項２に係る発明において、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が、露光パターンの境界の光透過度が連続的に変化するグレースケールマスクを透過する光により硬化させられたものであることにある。
【００１０】
また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記支持層は、型成形され且つ凹穴内周面に反射鏡が形成された後の樹脂シートが前記一面上に接着されたものであることにある。
【００１１】
また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至５のいずれか１に係る発明において、前記凹穴は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面を有するものであることにある。
【００１２】
また、請求項７に係る発明の要旨とするところは、請求項１乃至６のいずれか１に係る発明において、前記凹穴は、前記反射鏡が形成された反射鏡部と、該反射鏡部の前記一面と離隔する側に光ファイバーの先端部を嵌め入れるために該反射鏡部と同心の１または２以上の嵌合部とを備えていることにある。
【００１３】
また、請求項８に係る発明の要旨とするところは、請求項７発明において、前記凹穴は、前記光ファイバーの先端部を前記嵌合部に案内するためのテーパ状案内部を該嵌合部の前記一面と離隔する側に有することにある。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、硬化後の感光性樹脂から構成されて一面上に固着され、前記光透過面を底面に光学的に露出させる凹穴が形成された支持層と、その凹穴の内周面に形成されて前記光透過面から出力される光のうちの該内周面に入射する光を反射する反射鏡とを、含むことから、光軸に対して所定角度以上の斜めの光であっても上記反射鏡により反射されて利用可能とされる。たとえば光ファイバの端面に入射させられる。したがって、出力光の利用効率の高い半導体発光チップが得られる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が硬化させられたものであることから、その支持層が半導体製造工程のフォトリソグラフィに用いられるレジスト用材料から容易に構成される利点がある。
【００１６】
また、請求項３に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が光透過成形型により押圧された状態で該光透過成形型を透過する光により硬化させられたものであることから、その光透過成形型の成形面に倣って支持層の凹穴が高精度で成形される。
【００１７】
また、請求項４に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記支持層は、前記一面上に塗布された感光性樹脂が、露光パターンの境界の光透過度が連続的に変化するグレースケールマスクを透過する光により硬化させられたものであることから、比較的簡単に凹穴が成形される利点がある。
【００１８】
また、請求項５に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記支持層は、型成形され且つ凹穴内周面に反射鏡が形成された後の樹脂シートが前記一面上に接着されたものであることから、比較的簡単に凹穴およびその内周面に反射鏡が設けられた支持層が設けられる利点がある。また、本体部とは別体である樹脂シートにした状態で反射鏡等を形成することで、本体部上に直接形成する場合に比較して、材料選択の幅が広がる利点がある。
【００１９】
また、請求項６に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記凹穴は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面を有するものであることから、反射鏡により反射された光は効率良く光軸方向に接近する角度で出力されるので、発光効率或いは利用効率が一層高められる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記凹穴は、前記反射鏡が形成された反射鏡部と、該反射鏡部の前記一面と離隔する側に光ファイバーの先端部を嵌め入れるための該反射鏡部と同心の１または２以上の嵌合部とを備えていることから、光ファイバーの先端部をその嵌合部に嵌め入れれば、その先端部は半導体発光チップの光透過面に対して直接に位置決めされるので、その光透過面と前記光ファイバーの端面との相対位置を保持することができ、光透過面に対する前記光ファイバーの端面の位置決め精度を良好に確保することができる。その結果、その光透過面と光ファイバーの端面との間における光の伝達効率が、光ファイバーとの相対位置のばらつきによって低下することを抑制できる。
【００２１】
また、請求項８に係る発明の反射鏡を備えた半導体発光チップによれば、前記凹穴は、前記光ファイバーの先端部を前記嵌合部に案内するためのテーパ状案内部を該嵌合部の前記一面と離隔する側に有することから、光ファイバの先端部の半導体発光チップとの位置決めおよび組み立てが一層容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化あるいは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の一実施例である半導体発光チップすなわち点光源ＬＥＤチップ１０を光が出力する一面側から見た図である。図２は、図１の点光源ＬＥＤチップ１０のチップ構造を示す図であり、図１におけるII−II視断面図である。図１および図２に示すように、略直方体の形状である点光源ＬＥＤチップ１０は、出力光の利用効率を高めるための反射鏡４８を備えて、光ファイバー１２を保持するための支持層１４と光を出力するチップ状の本体部１６とから構成されている。なお、光ファイバー１２は、クラッド型であり、コア部１２ａとその外周のクラッド部１２ｂとを備えている。
【００２４】
図２において、点光源ＬＥＤチップ１０の本体部１６は、たとえばｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る基板１８上に、たとえばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法等が用いられ順次積層形成された、たとえば、ｎ−ＡｌＧａＡｓ単結晶およびｎ−ＡｌＡｓ単結晶が交互に３２対積層された多層膜反射層２０、ｉ−ＡｌＧａＡｓからなる第１バリア層２２、ｉ−ＧａＡｓからなる活性層２４、ｉ−ＡｌＧａＡｓからなる第２バリア層２６、ｐ−ＡｌＡｓおよびｐ−ＡｌＧａＡｓが交互に９対積層された多層膜反射層２８、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層３０、および、ｎ−ＡｌＧａＡｓ単結晶からなる電流阻止層３２を備えている。また、電流阻止層３２の上面にはＡｕＺｎ／Ａｕ共晶からなる上部電極３４が、その上部電極３４上の一部にはＡｕからなるボンディングパッド３５がそれぞれ蒸着或いはスパッタにより形成され、基板１８の下面にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ共晶からなる下部電極３６が蒸着或いはスパッタにより形成されている。
【００２５】
また、上記電流阻止層３２上における上部電極３４の幅方向中央付近に設けられた貫通穴３８の内側には、たとえばホトエッチングなどの手段により円形の凹部４０が形成されており、その底面が光が出力される光透過面４２に対応する。すなわち、光が出力される光透過面４２が本体部１６の一面すなわち上部電極３４が設けられている上面に局部的に設けられている。また、上記クラッド層３０および電流阻止層３２における図２に破線の斜線で示す領域には、たとえばＺｎなどのｐ型ドーパントが高濃度で拡散された高濃度拡散領域４４が形成されており、これにより、その高濃度拡散領域４４内においては、上記クラッド層３０の導電性が高められると共に、上記電流阻止層３２の導電型が反転させられてｐ型とされ、上記凹部４０に対応する部分のみが通電可能とされた電流狭窄構造が形成されている。
【００２６】
本実施例においては、第１バリア層２２、活性層２４、および第２バリア層２６が量子井戸構造の発光層を、多層膜層２８がノッチフィルタをそれぞれ構成している。
【００２７】
支持層１４は、所謂永久レジスト等として知られる硬化後の感光性樹脂から構成されて、光透過面４２を光学的に露出させる凹穴４６を有してその光透過面４２を取り囲むように環状に突き出た突起であって、前記本体部１６の一面すなわち上面上に固着されている。上記光学的に露出とは、光透過面４２と凹穴４６内の空間とが光学的に結合されている状態すなわち光透過面４２から出力された光がそのまま凹穴４６内の空間へ伝播可能な状態であって、機械的に光透過面４２が露出している状態だけでなく出力光の光透過可能な薄い樹脂等により覆われている状態も意味している。上記支持層１４は、前記本体部１６の一面上すなわち上部電極３４上に塗布され或いは積層されたたとえばエポキシ系の感光性樹脂が光透過成形型６３により押圧された状態でその光透過成形型６３を透過する光により重合させられて硬化させられたものである。光透過成形型６３は、上記感光性樹脂を重合させることが可能な光すなわち電磁波を透過可能な性質を有する材料から構成されている。ここで言う光とは必ずしも可視光を意味せず、それよりも短波長或いは長波長の光を含む概念である。
【００２８】
凹穴４６は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面に光透過面４２から出力される光のうちのその内周面に入射する光を光ファイバー１２の端面５６に向かって反射する反射鏡４８が形成された反射鏡部５０と、その反射鏡部５０の前記一面すなわち光透過面４２から離隔する側に隣接して円筒内面状に形成されて光ファイバー１２の先端部を嵌め入れるための円筒面状の嵌合部５４とを、光透過面４２の中心を通る垂直線(法線)である光軸Ａと同心となるように備えている。上記反射鏡４８は、たとえば銀、アルミニウム、そのいずれかを主成分とする合金の化学メッキあるいは金属蒸着あるいはスパッタリング等により固着された金属層から構成されている。また、嵌合部５４は、光透過面４２のほぼ全面に光ファイバー１２の少なくともコア部１２ａの端面５６が同心状態で相対向するようにその光ファイバー１２の先端部が位置決めされるようになっている。
【００２９】
以上のように構成された点光源ＬＥＤチップ１０では、下部電極３６および上部電極３４間にｐｎ順方向電流が流されると、上述の通電可能な領域を通る経路で電流が流れ、これによって上記活性層２４が励起されて局所的に発光させられる。このとき、上記第１バリア層２２、活性層２４、および第２バリア層２６が前記多層膜反射層２０と前記ノッチフィルタ（多層膜層２８）により構成される光共振器内に設けられていることから、共振条件を満足する光が光透過面４２から好適に放出される。すなわち、図２に示す点光源ＬＥＤチップ１０は、内部光共振器を備えた共鳴空洞型発光ダイオード（ＲＣ−ＬＥＤ）であり、上記ノッチフィルタが光透過面４２側の多層膜反射層２８に対応する。
【００３０】
図３は、点光源ＬＥＤチップ１０の製造工程の要部を説明するための工程図であり、図４は、図３に示す製造工程の要部段階における実施状態を説明する模式図である。なお、図３および図４に示す、上記本体部１６と同じエピタキシャル積層構造であってそれがその面方向に多数配列された円板状の半導体発光チップウェハ６０は、たとえば以下に示すような工程で予め作製されているものとする。先ず、基板１８上にＭＯＣＶＤ法などにより多層膜反射層２０から電流阻止層３２までが順次結晶成長させられて積層される。続いて、電流阻止層３２にたとえばホトエッチングなどの手段により凹部４０が掘設される。続いて、電流阻止層３２側から熱拡散などの手段によりＺｎなどのｐ型ドーパントが拡散されて電流狭窄構造が形成される。最後に、基板１８の下面に下部電極３６が、電流阻止層３２の上面に上部電極３４が蒸着あるいはスパッタリングなどの手段により形成されることにより、半導体発光チップウェハ６０が作製される。以下、図３および図４を参照して、点光源ＬＥＤチップ１０の製造工程を説明する。本実施例における支持層１４は、たとえばインプリント技術により形成される。
【００３１】
先ず、樹脂塗布工程Ｐ１において、図４（ａ）に示されるように、半導体発光チップウェハ６０の上部電極３４上の所定位置すなわち支持層１４を形成させたい所望の位置に、エポキシ系の感光性樹脂（レジスト）６２がたとえばスクリーン印刷により所定量だけ塗布される。なお、本実施例においては、紫外線が照射されることによって光重合される光硬化性樹脂の感光性樹脂６２が用いられるが、たとえば遠赤外線やＸ線や電子線などが照射されることにより硬化する他の光硬化性樹脂、あるいは熱が加えられることにより硬化する熱硬化性樹脂、あるいは異なる樹脂が混合されることによりその後硬化する２液混合タイプの硬化性樹脂であってもよい。
【００３２】
次いで、型押付工程Ｐ２において、図４（ｂ）に示されるように、上記半導体発光チップウェハ６０の上部電極３４上に形成させたい支持層１４の表面形状とは凹凸が反転した表面形状の成形面６１を有するたとえばガラス板、樹脂板等からなる光透過成形型６３が、上記感光性樹脂６２が選択的に塗布された半導体発光チップウェハ６０上の所定位置に押し付けられる。
【００３３】
次いで、硬化工程Ｐ３において、図４（ｃ）に示されるように、上記感光性樹脂６２が塗布された半導体発光チップウェハ６０の一面に対して、上記押し付けられた光透過成形型６３を介してその光透過成形型６３を透過する光たとえば紫外光Ｕが照射される。これにより、後述の成膜工程Ｐ４にて反射鏡４８が形成される部分球状或いは部分放物面状の反射鏡部５０と光ファイバー１２の先端部を嵌め入れるための嵌合部５４とを有する凹穴４６を備えた支持層１４が形成される。その後、必要に応じて、たとえば１５０℃前後で熱処理が行われる。これにより、硬化がさらに促進されて、支持層１４と上部電極３４との密着性が向上する。なお、樹脂塗布工程Ｐ１において塗布された樹脂が他種の光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂である場合は、その樹脂を硬化するための対応する光あるいは熱などが加えられる。また、樹脂塗布工程Ｐ１において塗布された樹脂が２液混合タイプの硬化性樹脂である場合は、この硬化工程Ｐ３においては、上記光等が加えられる必要はなく、代わりに樹脂６２が硬化するまであるいは略硬化するまで上記押し付けられた光透過成形型６３がそのままの状態で保持される。
【００３４】
次いで、成膜工程Ｐ４において、少なくとも、上記形成された支持層１４の凹穴４６の反射鏡４８に対応する表面すなわち反射鏡部５０の内周面を含む表面に対して、化学メッキあるいは金属蒸着あるいはスパッタリング等の手段によって例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム(Ａｌ)等の金属層が成膜される。図４(ｄ)はこの状態を示している。なお、少なくとも光透過面４２を含む上記金属層が不要な部分、すなわち反射鏡部５０の内周面を除く部分は、リフトオフ或いはエッチングによりその金属層が除去される。
【００３５】
次いで、検査工程Ｐ５において、上記支持層１４が形成された半導体発光チップウェハ６０が図示しない検査装置の測定用ステージにセットされ、プローブを用いて個々の素子の良否が検査され、続くダイシング工程Ｐ６において、半導体発光チップウェハ６０が個々のチップ毎に切断されることにより、図４（ｅ）に示されるような点光源ＬＥＤチップ１０が得られる。これにより、ダイシングの前に支持層１４および反射鏡４８などを生成することで、フォトリソグラフィ技術、ウエハボンディング技術を使って高制度の位置合わせが可能となる。また、多数のチップを一括処理することにより製造工程を簡素化できる。
【００３６】
上述のように、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０によれば、点光源ＬＥＤチップ１０の一面上に固着され、光透過面４２を底面に光学的に露出される凹穴４６を有する支持層１４と、その凹穴４６の内周面に形成されて光透過面４２から出力される光のうちのその内周面に入射する光を反射する反射鏡４８とを、含むことから、光軸Ａに対して所定角度以上の斜めの光であっても反射鏡４８により反射されて利用可能とされる。たとえば光ファイバ１２の端面５６に入射させられる。したがって、出力光の利用効率の高い点光源ＬＥＤチップ１０が得られる。
【００３７】
因みに、図５は、本実施例の点光源ＬＥＤチップ１０の本体部１６のような内部光共振器を備えたＲＣ−ＬＥＤ（共鳴空洞型発光ダイオード）に印加される電流と配光パターンすなわち指向性との関係の一例を示した図である。図５において、半円の径方向はその電流が流された際の発光出力の最大値を１．０とした発光出力の相対値を、半円の周方向は光透過面４２の法線と光の進行方向とが成す角度をそれぞれ示す。この図に示すように、点光源ＬＥＤチップ１０（ＲＣ−ＬＥＤ）の配光パターンは、設計にもよるが一般には、常温では通常のＬＥＤと同様のランバート分布と称される球状の線Ｌで示される指向性をしめすが、許容温度域内の高温域或いは低温域ではラビットイヤと呼ばれる兎の耳状の線図Ｒで表されるものとなる。すなわち、点光源ＬＥＤチップ１０において放出させられる光のとる角度は、光透過面４２の光軸Ａに対する斜め方向のものが多い。また、上記点光源ＬＥＤチップ１０に印加される電流が１０ｍＡから２０ｍＡ、そして５０ｍＡへ上昇するに従い、その光透過面４２から放出される光のとる角度範囲が変化して（狭まって）いる。これはより大きな電流が印加されることにより、点光源ＬＥＤチップ１０においてより発熱が影響していることに起因するものである。すなわち、点光源ＬＥＤチップ１０の配光パターンは温度に依存するのである。したがって、本実施例のようなＲＣ−ＬＥＤにおいては、上記のような、反射鏡４８を備える点光源ＬＥＤチップ１０であれば、出力光の利用効率が高くなる、という効果が一層得られる。つまり、主である光透過面４２の光軸Ａに対して斜め方向に放出される光が確実に反射鏡４８により反射されて利用可能とされ、また、温度変化により光透過面４２から放出される光のとる角度範囲が変化しても、上記出力光の利用効率が変化し難いのである。
【００３８】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０によれば、支持層１４は、前記一面上に塗布された樹脂（感光性樹脂）６２が硬化させられたものであることから、その支持層１４が半導体製造手法として知られたフォトリソグラフィに用いられるレジスト用材料から容易に構成される利点がある。
【００３９】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０によれば、支持層１４は、前記一面上に塗布された樹脂（感光性樹脂）６２が光透過成形型６３により押圧された状態でその光透過成形型６３を透過する紫外線（光）により硬化させられたものであることから、その光透過成形型６３の成形面６１に倣って支持層１４の凹穴４６が高精度で成形される。
【００４０】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０において、反射鏡４８が凹穴４６の内周面に化学メッキにより固着された金属層から構成されている場合には、比較的緻密な金属層から構成された反射鏡４８が容易に設けられる利点がある。
【００４１】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０において、反射鏡４８が凹穴４６の内周面に金属蒸着またはスパッタリングにより固着された金属層から構成されている場合には、反射鏡４８が容易に設けられる利点がある。
【００４２】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０によれば、凹穴４６は、光軸Ａと同心となるように部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面を有するものであることから、反射鏡４８により反射された光は効率良く光軸Ａ方向に接近する角度で出力されるので、発光効率或いは利用効率が一層高められる。
【００４３】
また、本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ１０によれば、凹穴４６は、反射鏡４８が形成された反射鏡部５０と、その反射鏡部５０の前記一面と離隔する側に光ファイバー１２の先端部を嵌め入れるための嵌合部５４とを備えている。このため、光ファイバー１２の先端部をその嵌合部５４に嵌め入れれば、その先端部は点光源ＬＥＤチップ１０の光透過面４２に対して直接に位置決めされ、その光透過面４２と光ファイバー１２の端面５６との相対位置が保持されるので、光透過面４２に対する光ファイバー１２の端面５６の位置決め精度を良好に確保することができる。その結果、その光透過面４２と光ファイバー１２の端面５６との間における光の伝達効率が、光ファイバー１２との相対位置のばらつきによって低下することが抑制される。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の実施例の説明において、前述の実施例と重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ６４は、支持層部１４の凹穴４６に嵌合部５４が設けられていない他は図１乃至図２と同一構成である。
【００４６】
図６は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ６４の製造工程の要部を説明するための工程図であり、実施例１の図３に相当する図である。図７は、図６に示す製造工程の要部段階における実施状態を説明する模式図である。以下、図６および図７を参照して、点光源ＬＥＤチップ６４の製造工程を説明する。本実施例における支持層７０は、フォトリソグラフィ技術により形成される。
【００４７】
先ず、フォトレジスト塗布工程Ｐ１において、図７（ａ）に示すように、実施例１と同じように作製された半導体発光チップウェハ６０の上部電極３４上に、エポキシ系の感光性樹脂（フォトレジスト）６２がスピンコーターや吹きつけ等によって目標とする厚みまで塗布される。本実施例では、上記感光性樹脂６２には紫外光Ｕに露光されることによって光重合されて難溶性となるネガ型のＵＶレジストが用いられるが、紫外線が露光されることによって光分解されて易溶性となるポジ型のＵＶレジストであってもよいし、たとえばＸ線等の他の光や電子線によって光重合あるいは光分解されるレジストが用いられてもよい。
【００４８】
次いで、マスク露光工程Ｐ２において、図７（ｂ）に示すように、上記半導体発光チップウェハ６０の一面に塗布された感光性樹脂６２が、光の透過率に傾斜が設けられたフォトマスクすなわち露光パターンの境界６５の光透過度が連続的に変化するグレースケールマスク６６が用いられ、そのグレースケールマスク６６を通して紫外光Ｕにより露光される。このとき上記感光性樹脂６２には、露光される部分、露光されない部分、および、上記露光される部分から上記露光されない部分へと連続的に露光量が変化させられる部分を有するパターンが生成される。なお、上記連続的に露光量が変化させられる部分が反射鏡４８に対応する部分である。ここで、本実施例では紫外線が照射されるが、フォトレジスト塗布工程Ｐ１において塗布されたレジストがＵＶレジスト以外であれば、それに対応する光や電子線が照射される。
【００４９】
次いで、現像工程Ｐ３において、感光性樹脂６２を溶解する現像液が用いられ、上記露光されない部分、および上記連続的に露光量が変化させられる部分の一部の感光性樹脂６２が除去され、図７（ｃ）に示すような後述の成膜工程Ｐ５にて反射鏡４８が形成される部分球状或いは部分放物面状の反射鏡部５０を有する凹穴４６を備えた支持層７０が形成される。
【００５０】
次いで、ベーキング工程Ｐ４において、１５０℃前後で熱処理を行う。これにより、現像時に支持層７０を膨潤させている現像液を除去することができ、また、支持層７０が硬化させられるとともに、支持層７０と上部電極３４との密着性が向上させられる。
【００５１】
続く成膜工程Ｐ５乃至ダイシングＰ７は実施例１における成膜工程Ｐ４乃至ダイシングＰ６に相当し、同様の手順を経ることによって図７（ｄ）に示すような点光源ＬＥＤチップ６４が得られる。
【００５２】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ６４によれば、支持層７０は、前記一面上に塗布された感光性樹脂６２が、露光パターンの境界６５の光透過度が連続的に変化するグレースケールマスク６６を透過する光により硬化させられたものであることから、比較的簡単に凹穴４６が成形される利点がある。
【実施例３】
【００５３】
本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ７２は、支持層１４が本体部１６の上面上に固着された連結層７４の上に積層されている他は図１乃至図２と同一構成である。
【００５４】
図８は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ７２の製造工程の要部を説明するための工程図であり、実施例１の図３に相当する図である。図９は、図８に示す製造工程の要部段階における実施状態を説明する模式図である。図９に示す樹脂シート７６は、上部電極３４を露出させる図示しない矩形の貫通穴が形成された板状の連結層７４と、その連結層７４の表面に所定距離を隔てて設けられた前記凹穴４６の内周面に反射鏡４８が形成された支持層１４とを備えているものであって、図３の樹脂塗布工程Ｐ１〜硬化工程Ｐ３と同様の工程を経てインプリント技術により型成形された予め用意されたものである。本実施例では、連結層７４および支持層１４は共に感光性樹脂から生成されている。しかし、支持層１４は、連結層７４と異なる材料、たとえばＧａＡｓ、Ｓｉ等の半導体基板、たとえば銀、アルミニウム等の金属、シリコン樹脂等の樹脂板であってもよい。また、上記樹脂シート７６は、たとえば図６のフォトレジスト塗布工程Ｐ１〜現像工程Ｐ３と同様の工程を経るフォトリソグラフィ技術、あるいはエッチング等の手段によって作製されてもよい。
【００５５】
以下、図８および図９を参照して、点光源ＬＥＤチップ７２の製造工程を説明する。本実施例における点光源ＬＥＤチップ７２は、ウェハ状態で支持層１４をボンディングする技術を用いて作製される。先ず、接着工程Ｐ１において、実施例１と同じように作製された半導体発光チップウェハ６０の上部電極３４上を除く前記一面上に、エポキシ系の樹脂などからなる接着剤が塗布され、その上部電極３４上の所定位置に上記作製された樹脂シート７６が押し付けられて接着される。ここで、連結層７４がＳｉからなる場合はＳｉ−Ｓｉ結合にて接着されてもよく、あるいは連結層７４がＡｕからなる場合はＡｕ−Ａｕ接合にて接着されてもよい。その後、必要に応じて、たとえば１５０℃前後で熱処理が行われる。これにより、樹脂シート７６と上部電極３４との密着性が向上する。
【００５６】
続く検査工程Ｐ２乃至ダイシングＰ３は実施例１における検査工程Ｐ５乃至ダイシングＰ６に相当し、同様の手順を経ることによって点光源ＬＥＤチップ７２が得られる。なお、樹脂シート４６に反射鏡４８が予め形成されない場合には、上記検査工程Ｐ２に先立って実施例１の成膜工程Ｐ４と同様の成膜構成が設けられる。
【００５７】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ７２によれば、支持層１４は、型成形され且つ凹穴４６の内周面に反射鏡４８が形成された後の樹脂シート７６が前記一面上に接着されたものであることから、比較的簡単に凹穴４６およびその内周面に反射鏡４８が設けられた支持層１４が設けられる利点がある。
【実施例４】
【００５８】
図１０は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ７８の構成を説明する図であって、図２に相当する図である。本実施例の点光源ＬＥＤチップ７８は、支持層１４に形成された凹穴４６の形状が相違している他は図１乃至図２と同一の構成である。すなわち、本点光源ＬＥＤチップ７８は、凹穴４６において嵌合部５４に替えてテーパ状嵌合部８０が設けられている点で相違している。
【００５９】
図１０に示すように、本実施例の凹穴４６は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面に光透過面４２から出力される光のうちのその内周面に入射する光を光ファイバー１２の端面５６に向かって反射する反射鏡４８が形成された反射鏡部５０と、その反射鏡部５０の前記一面（光透過面４２）と離隔する側に隣接して、光透過面４２から離れるほど大径となるテーパ面状に形成されて光ファイバー１２の先端部を嵌め入れるための円筒面状のテーパ状嵌合部８０とを、光透過面４２の中心を通る垂直線である光軸Ａと同心となるように備えている。
【００６０】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ７８によれば、凹穴４６に形成されたテーパ状嵌合部８０は、凹穴４６の開口縁へ向かうほど大径となっていることから、光ファイバー１２の先端部をテーパ状嵌合部８０内に案内してそれを嵌め入れる作業が容易となるので、光ファイバ１２の先端部と点光源ＬＥＤチップ７８との位置決めおよび組み立てが一層容易となる。すなわち、テーパ状嵌合部８０は、光ファイバー１２の先端部を嵌め入れる嵌合部、および、その嵌合部に光ファイバー１２を案内するテーパ状案内部として機能している。
【実施例５】
【００６１】
図１１は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ８２の構成を説明する図であって、図２に相当する図である。本実施例の点光源ＬＥＤチップ８２は、支持層１４に形成された凹穴４６の形状が相違している他は図１乃至図２と同一の構成である。すなわち、本点光源ＬＥＤチップ８２は、凹穴４６において嵌合部５４に続いて、テーパ状案内部８４が設けられている点で相違している。
【００６２】
図１１に示すように、本実施例の凹穴４６は、部分球状或いは部分放物面状に形成された内周面に光透過面４２から出力される光のうちのその内周面に入射する光を光ファイバー１２の端面５６に向かって反射する反射鏡４８が形成された反射鏡部５０と、その反射鏡部５０の前記一面（光透過面４２）と離隔する側に隣接して円筒状に形成された嵌合穴部５４と、その嵌合穴部５４に隣接して光透過面４２から離れるほど大径となるテーパ面状に形成されて光ファイバー１２の先端部を嵌合穴部５４へ案内するためのテーパ状案内部８４とを光透過面４２の中心を通る垂直線である光軸Ａと同心となるように備えている。
【００６３】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ８２によれば、凹穴４６は、光ファイバー１２の先端部を嵌合部５４に案内するためのテーパ状案内部８４をその嵌合部５４の前記一面と離隔する側に有することから、光ファイバ１２の先端部の点光源ＬＥＤチップ８２との位置決めおよび組み立てが一層容易となる。
【実施例６】
【００６４】
図１２は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ８４の構成を説明する図であって、図２に相当する図である。本実施例の点光源ＬＥＤチップ８４は、支持層１４に形成された凹穴４６の形状が相違している他は図１乃至図２と同一の構成である。すなわち、本点光源ＬＥＤチップ８４は、凹穴４６において嵌合部５４に続いて、それよりも大径の第２嵌合部８６および第３嵌合部８８が順次同心に設けられている点で相違している。
【００６５】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ８４によれば、凹穴４６は、径の異なる複数種類の光ファイバー１２の先端部を嵌合させるために、径の異なる嵌合部５４、それよりも順に大径の第２嵌合部８６および第３嵌合部８８を前記一面と離隔する側に有することから、異なる径の光ファイバ１２の先端部を共通の点光源ＬＥＤチップ８４を用いて、位置決めおよび組み立てが可能となる。
【実施例７】
【００６６】
図１３は、本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップ９０の構成を説明する図であって、図２に相当する図である。本実施例の点光源ＬＥＤチップ９０は、支持層１４に形成された凹穴４６の形状が相違している他は図１乃至図２と同一の構成である。すなわち、本点光源ＬＥＤチップ９０は、光透過面４２の周囲において環状に形成された支持層１４の外周面に上記一面に接近するほど大径となるテーパ状外周面９２が同心に設けられている点で相違している。
【００６７】
本実施例の反射鏡４８を備えた点光源ＬＥＤチップ９０によれば、上記一面に接近するほど大径となるテーパ状外周面９２が支持層１４の外周面に設けられていることから、支持層１４の機械的強度が高められる。さらに、コレットによるハンドリングの障害とならないので、組立性が一層高められる。
【００６８】
以上、本発明の一実施例を、図面を参照して詳細にそれぞれ説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
【００６９】
たとえば、前述の実施例の点光源ＬＥＤチップ１０、７２、７８、８２、８４、９０において、支持層１４に形成された凹穴４６内には、反射鏡部５０に続いて、嵌合部５４、テーパ状嵌合部８０等が種々のプロセスにしたがって形成されていたが、同じプロセスにしたがって凹穴４６内に反射鏡部５０のみを形成するものとしてもよい。
【００７０】
また、上記凹穴４６内に形成されている反射鏡部５０は、前記一面すなわち光透過面４２から離隔する程大径となるテーパ面から構成されていても差し支えない。
【００７１】
また、前述の実施例において、支持層１４は光透過面４２の周囲において環状に形成され、本体部１６の上面よりも小面積となるように形成されていたが、ボンディングパッド３５付近を除いて、本体部１６と同様の面積で固着されていてもよい。
【００７２】
また、前述の実施例において、点光源ＬＥＤチップ１０、６４、７２、７８、８２、８４、９０の本体部１６は、外形形状や内部構造において他の形式のものであってもよい。たとえば、前述の本体部１６は、一対の多層膜反射層２０および２８の間に量子井戸構造の発光層２４が設けられ、第１バリア層２２、活性層２４、および第２バリア層２６が量子井戸構造の発光層を、多層膜層２８がノッチフィルタをそれぞれ構成していたが、発光層２４は量子井戸構成でなくてもよく、また、両方の多層膜反射層２０および２８、或いは一方の多層膜反射層２８が除去されたものであってもよい。また、上面において凹部４０が設けられたものであったが、その凹部４０が設けられていない形式のものであってもよい。この場合において、光透過面４２は電流阻止層３２の上面と面一となる。
【００７３】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例である点光源ＬＥＤチップにおいて光が出力する一面側から見た図である。
【図２】図１の点光源ＬＥＤチップの構成を説明する図であり、図１におけるII−II視断面図である。
【図３】図１及び図２の点光源ＬＥＤ発光チップの製造工程の要部を説明する工程図である。
【図４】図３の製造工程における各工程の内容を説明する図である。
【図５】図１のような点光源ＬＥＤチップである内部光共振器を備えたＲＣ−ＬＥＤ（共鳴空洞型発光ダイオード）に印加される電流と出力光の指向性との関係の一例を示した図である。
【図６】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの製造工程の要部を説明するための工程図であり、図３に相当する図である。
【図７】図６の製造工程における各工程の内容を説明する図である。
【図８】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの製造工程の要部を説明するための工程図であり、図３に相当する図である。
【図９】図８の製造工程における各工程の内容を説明する図である。
【図１０】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの構成を説明するための断面図であり、図２に相当する図である。
【図１１】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの構成を説明するための断面図であり、図２に相当する図である。
【図１２】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの構成を説明するための断面図であり、図２に相当する図である。
【図１３】本発明の他の実施例における点光源ＬＥＤチップの構成を説明するための断面図であり、図２に相当する図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、６４、７２、７８、８２、８４、９０：点光源ＬＥＤチップ(半導体発光チップ)
１４：支持層
４２：光透過面
４６：凹穴
４８：反射鏡
５４：嵌合部
６２：感光性樹脂（レジスト樹脂）
６３：光透過成形型
６６：グレースケールマスク
７６：樹脂シート
８０：テーパ状嵌合部(嵌合部、テーパ状案内部)
８４：テーパ状案内部
【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６】
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【図７】
2009129929.tif 000009
【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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