發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供發(fā)光器件，其具有能夠提高光的取出效率的新穎結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)光器件（1）形成為包含：發(fā)光二極管（3），其正面支承固定在封裝（2）的安裝面（2a）上；和板材（5），其粘接于發(fā)光二極管（3）的背面（3b）。發(fā)光二極管（3）在正面（3a）具備發(fā)光層（11）。板材（5）由具有透光性的透光性部件形成。
【專利說明】發(fā)光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及由具有發(fā)光層的發(fā)光二極管形成的發(fā)光器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 包含 LED (Light Emitting Diode :發(fā)光二極管）、LD (Laser Diode :激光二極管） 等的發(fā)光器件已實用化。這些發(fā)光器件通常具備發(fā)光芯片，該發(fā)光芯片形成有通過施加電 壓來發(fā)出光的發(fā)光層。發(fā)光芯片的制造是如下進行的：首先，在結(jié)晶生長用基板上的由格子 狀的分割預(yù)定線劃分出的各個區(qū)域中，使外延層(結(jié)晶層)生長為發(fā)光層。然后，通過沿著分 割預(yù)定線分割結(jié)晶生長用基板來進行單片化，由此形成一個一個的發(fā)光芯片。
[0003] 在射出綠色或藍色光的發(fā)光層為InGaN系的發(fā)光芯片中，結(jié)晶生長用基板一般使 用藍寶石，在該藍寶石基板上，依次地外延生長出η型GaN半導(dǎo)體層、InGaN發(fā)光層、p型 GaN半導(dǎo)體層。然后，在η型GaN半導(dǎo)體層和p型GaN半導(dǎo)體層上分別形成外部取出用電 極。在具有這樣的發(fā)光芯片的發(fā)光器件中，要求更高的亮度，并提出了用于提高光的取出效 率的各種方法(例如，參照專利文獻1)。
[0004] 專利文獻1 :日本特開平4-10670號公報
[0005] 另外，關(guān)于安裝有LED等的發(fā)光器件的發(fā)光效率，倒裝芯片（flip chip)安裝比引 線接合(wire bonding)安裝高出幾個百分點。在倒裝芯片安裝中，將發(fā)光芯片的正面?zhèn)?發(fā) 光層側(cè)）固定于封裝安裝面，使發(fā)光芯片的背面?zhèn)?藍寶石基板側(cè)）露出。接著，使通過施加 電壓而由發(fā)光層產(chǎn)生的光透射過藍寶石基板從發(fā)光芯片的背面?zhèn)龋ㄋ{寶石基板側(cè)）放射出 去。然而，所述發(fā)光芯片的背面是藍寶石基板與空氣層的界面部分，因此由發(fā)光層產(chǎn)生的光 的一部分在該界面處發(fā)生反射。反射的光在藍寶石基板內(nèi)傳播、返回發(fā)光層而被吸收。該 被吸收的部分的光無法取出到外部而成為亮度下降的主要原因。這樣，若由藍寶石基板反 射而被發(fā)光層吸收的光的比例高，則存在發(fā)光二極管的光的取出效率下降的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件 能夠進一步提高以倒裝芯片方式安裝的發(fā)光二極管的光的取出效率。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光器件具備：封裝，其具有底 面和內(nèi)周面；發(fā)光二極管，其具有基板和在該基板的正面上形成的發(fā)光層，該發(fā)光層側(cè)安裝 于所述封裝的所述底面；以及透光性部件，其粘接于所述發(fā)光二極管的所述基板的背面。
[0008] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在發(fā)光二極管的背面粘接有透光性部件，因此能夠減少從發(fā)光層射 出的光中的在發(fā)光二極管的背面處發(fā)生反射的光，并增加向透光性部件側(cè)透射的光。而且， 對于在透光性部件與空氣層的界面處發(fā)生反射的光，根據(jù)透光性部件的厚度，能夠?qū)⒎祷?發(fā)光層的光的比例抑制得較低，作為其結(jié)果，起到了提高光的取出效率的效果。
[0009] 優(yōu)選的是，該發(fā)光二極管以在藍寶石基板或GaN基板上層疊由GaN半導(dǎo)體層形成 的發(fā)光層的方式構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在發(fā)出藍色或綠色光的發(fā)光二極管中，提高光的取 出效率。并且由于以包含藍寶石基板或GaN基板的方式構(gòu)成發(fā)光二極管，所以能夠使得在 透光性部件與空氣層的界面處發(fā)生反射的光從基板側(cè)面射出，由此也能夠提高光的取出效 率。并且，即使使藍寶石基板或GaN基板變薄，也能夠根據(jù)透光性部件的厚度，將反射光朝 向偏離于發(fā)光層的位置射入，因此能夠利用薄的藍寶石基板或GaN基板而不會降低光的取 出效率，能夠維持薄的結(jié)晶生長用基板的加工性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠提高光的取出效率的新穎結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是示意地示出本實施方式的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)例的立體圖。
[0012] 圖2是示出本實施方式的發(fā)光器件的發(fā)出光的情形的截面示意圖。
[0013] 圖3是示出比較例的發(fā)光器件的發(fā)出光的情形的截面示意圖。
[0014] 標(biāo)號說明
[0015] 1:發(fā)光器件；
[0016] 2:封裝；
[0017] 2a:安裝面；
[0018] 3:發(fā)光二極管；
[0019] 3a:發(fā)光二極管的正面；
[0020] 3b :發(fā)光二極管的背面；
[0021] 5:板材；
[0022] 5a :板材的第1主面；
[0023] 5b :板材的第2主面；
[0024] 7:凹部；
[0025] 7a:內(nèi)周面；
[0026] 8a、8b :連接電極；
[0027] 10 :藍寶石基板；
[0028] 11 :發(fā)光層。

【具體實施方式】
[0029] 以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是示意地示出本實施方式的 發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)例的立體圖，圖2是示出本實施方式的發(fā)光器件的發(fā)出光的情形的截面示 意圖。如圖1及圖2所示，發(fā)光器件1形成為包含：封裝2 ;發(fā)光二極管3,其支承固定于封 裝2的安裝面2a ;以及板材5,其粘接于該發(fā)光二極管3。
[0030] 封裝2形成為具有能夠收納發(fā)光二極管3的凹部7的有底容器狀。凹部7的底面 為安裝發(fā)光二極管3的安裝面2a。在安裝面2a上，隔開規(guī)定的間隔配置有相互絕緣的2個 連接電極8a、8b。連接電極8a、8b通過配線（未圖示）等與外部電源(未圖示）連接。另外， 連接電極8a、8b的表面還作為從發(fā)光二極管3射出的光的反射面發(fā)揮作用。對凹部7中的 筒狀的內(nèi)周面7a實施了鏡面精加工等使光高效反射的處理。
[0031] 發(fā)光二極管3具備：平面形狀為矩形形狀的藍寶石基板10 ;和在藍寶石基板10的 一個主面（圖2中的下表面)上形成的發(fā)光層11。發(fā)光層11包含使用GaN系半導(dǎo)體材料形 成的多個半導(dǎo)體層（GaN半導(dǎo)體層)。在發(fā)光二極管3中，發(fā)光層11的支承固定在安裝面2a 上的固定面（圖2中的下表面)為正面3a，藍寶石基板10的與板材5之間的粘接面（圖2中 的上表面）為背面3b。
[0032] 發(fā)光層11是通過依次地外延生長出電子為多數(shù)載流子的η型半導(dǎo)體層(例如，η型 GaN層)、發(fā)光的半導(dǎo)體層(例如，InGaN層)、空穴為多數(shù)載流子的ρ型半導(dǎo)體層（例如，ρ型 GaN層）而形成的。在發(fā)光二極管3的正面3a上，設(shè)有分別與η型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體 層連接的電極(未圖示)。這些電極由被稱作凸塊的突起狀的端子形成，通過將發(fā)光二極管 3的正面3a支承固定在安裝面2a上，使這些電極與連接電極8a、8b連接，從而以倒裝芯片 方式安裝發(fā)光二極管3。
[0033] 板材5與發(fā)光二極管3的背面3b (藍寶石基板10)粘接。板材5由玻璃(例如，蘇 打玻璃、硼硅玻璃等)或樹脂等透光性部件形成，由使從發(fā)光層11放射出的光透過的材料形 成。板材5具有：粘接于藍寶石基板10的第1主面5a ;和在該第1主面5a的相反側(cè)形成 的第2主面5b。板材5的第1主面5a和第2主面5b各自的面積比發(fā)光二極管3的背面 3b的面積大，如后所述，面積越大，越能夠提高發(fā)光器件1的亮度。并且，板材5期望具有與 藍寶石基板10相等或以上的厚度，如后所述，厚度越厚，越能夠提高發(fā)光器件1的亮度。板 材5的第1主面5a利用具有透光性的樹脂(未圖示）粘接于發(fā)光二極管3的背面3b。
[0034] 在將來自與封裝2的配線(未圖示）連接的電源的電壓施加到發(fā)光二極管3的發(fā) 光層11時，電子從η型半導(dǎo)體層流入發(fā)光層11的半導(dǎo)體層，并且空穴從ρ型半導(dǎo)體層流入 發(fā)光層11的半導(dǎo)體層。其結(jié)果是，在發(fā)光的半導(dǎo)體層中產(chǎn)生電子和空穴的復(fù)合，發(fā)出規(guī)定 波長的光。在本實施方式中，使用GaN系半導(dǎo)體材料而形成了發(fā)光的半導(dǎo)體層，因此發(fā)出與 GaN系的半導(dǎo)體材料的帶隙對應(yīng)的藍色或綠色的光。
[0035] 接下來，一邊參照比較例的發(fā)光器件一邊對本實施方式的發(fā)光器件1的亮度改善 效果進行說明。圖3是比較例的發(fā)光器件的截面示意圖，示出了從發(fā)光二極管發(fā)出光的情 形。如圖3所示，比較例的發(fā)光器件101除板材5之外具備與本實施方式的發(fā)光器件1相 同的結(jié)構(gòu)。S卩，發(fā)光器件101包含封裝102和支承固定在該封裝102中的發(fā)光二極管103， 發(fā)光二極管103具備藍寶石基板110和發(fā)光層111。
[0036] 首先，對在比較例的發(fā)光器件101中實現(xiàn)的亮度進行說明。由比較例的發(fā)光器件 101的發(fā)光層111產(chǎn)生的光入射到發(fā)光二極管103的背面103b即藍寶石基板110和空氣層 的界面，一部分向空氣層側(cè)透射而射出（例如，光路B1、B2 )，其余的被反射(例如，光路B3、 B4)。在發(fā)光二極管103的背面103b (藍寶石基板110)處發(fā)生反射并沿光路B3、B4傳播的 光入射到發(fā)光層111的形成區(qū)域中，因此被發(fā)光層111吸收，成為亮度下降的主要原因。在 比較例的發(fā)光器件101中，由發(fā)光層111產(chǎn)生的光的反射面是發(fā)光二極管103的與空氣層 接觸的背面l〇3b，因此在該背面103b處反射的光(光路B3、B4)的比例高于如本實施方式 的發(fā)光器件1那樣將板材5粘接于發(fā)光二極管3的背面3b的結(jié)構(gòu)。雖然在發(fā)光二極管103 的背面103b處反射的光中的一部分從藍寶石基板110的側(cè)面射出，但是藍寶石基板110越 薄，發(fā)光層111與發(fā)光二極管103的背面103b的距離越短，由該背面103b反射并返回發(fā)光 層的光的比例越高，因此光的取出效率下降。
[0037] 另一方面，如圖2所不，在本實施方式的發(fā)光器件1中，由發(fā)光層11產(chǎn)生的光入射 到藍寶石基板10與板材5的界面即發(fā)光二極管3的背面3b，一部分向板材5側(cè)透射(例如， 光路A1、A2 )，其余的被反射(例如，光路A3、A4 )。而且，向板材5側(cè)透射的光入射到板材5和 空氣層的界面即板材5的第2主面5b，一部分向空氣層側(cè)透射而射出（例如，光路A5、A6)， 其余的部分被反射(例如，光路A7、A8 )。
[0038] 在本實施方式的發(fā)光器件1中，在作為由發(fā)光層11產(chǎn)生的光的最初的反射面的發(fā) 光二極管3的背面3b上粘接有由透光性部件形成的板材5,因此能夠?qū)⒂稍摪l(fā)光二極管3 的背面3b反射的光(光路A3、A4)的比例抑制得比發(fā)光二極管3的背面3b直接與空氣層接 觸的結(jié)構(gòu)（比較例）更低。這是因為，由透光性部件形成的板材5的折射率比空氣更接近藍 寶石基板10的折射率。因此，與比較例相比，本實施方式的發(fā)光器件1能夠在發(fā)光器件3 的背面3b處向板材5側(cè)透射更多的光，能夠減少在發(fā)光二極管3的背面3b處發(fā)生反射而 被發(fā)光層11吸收的光量。其結(jié)果是，能夠減小在發(fā)光二極管3的背面3b處發(fā)生反射、并經(jīng) 由光路A3、A4返回發(fā)光層11而被吸收的光量，能夠改善光的取出效率。
[0039] 并且，粘接于發(fā)光二極管3的背面3b的由透光性部件形成的板材5具有規(guī)定的厚 度，因此在被板材5的第2主面5b反射的光中，例如沿光路A7、A8傳播的光入射到凹部7 的比發(fā)光層11的形成區(qū)域靠外側(cè)的底面(連接電極8a、8b、安裝面2a)。入射到比發(fā)光層11 的形成區(qū)域靠外側(cè)的連接電極8a、8b、安裝面2a的光被反射到凹部7的內(nèi)周面7a側(cè)。沿光 路A7傳播的光從藍寶石基板10的側(cè)面射出，被連接電極8a、8b和凹部7的內(nèi)周面7a反射 而被取出到外部。并且，沿光路A8傳播的光不通過藍寶石基板10,而被連接電極8a、8b和 凹部8的內(nèi)周面7a反射并被取出到外部。因此，在被板材5的第2主面5b反射的反射光 中，被反射到比發(fā)光層11的形成區(qū)域靠外側(cè)的光能夠被取出而不被發(fā)光層11吸收。
[0040] 這樣，根據(jù)本實施方式的發(fā)光器件1，通過在發(fā)光二極管3的背面3b粘接由透光性 部件形成的板材5,使得從發(fā)光層11至作為反射位置的板材5的第2主面5b的距離變長。 由此，與如比較例所示地在發(fā)光二極管103的背面103b處發(fā)生反射的情況相比，能夠?qū)⒎?回發(fā)光層11的形成區(qū)域的光的比例抑制得較低，能夠提高光的取出效率。
[0041] 以上這樣，根據(jù)本實施方式的發(fā)光器件1，在發(fā)光二極管3的背面3b設(shè)置有由透光 性部件形成的板材5,因此與比較例相比能夠減少在發(fā)光二極管3的背面3b處發(fā)生反射而 返回發(fā)光層111的光量。而且，能夠?qū)⒃诎宀?的第2主面5b處發(fā)生反射的光返回發(fā)光層 11的比例抑制得較低，提高光的取出效率，能夠?qū)崿F(xiàn)亮度的提高。
[0042] 另外，由于藍寶石基板硬而不容易加工，所以期望使用薄的藍寶石基板來提高加 工性。在該情況下，在比較例的發(fā)光器件101中，發(fā)光層11與發(fā)光二極管103的背面103b (藍寶石基板110的圖3中上表面）的距離變短，在該背面103b處發(fā)生反射而返回發(fā)光層 111的光的比例變高，光的取出效率下降。與此相對，在本實施方式的發(fā)光器件1中，即使減 薄藍寶石基板1，也能夠利用板材5將光的取出效率維持得較高。即，不必為了維持光的取 出效率而加厚藍寶石基板、犧牲加工性。
[0043] 接下來，對為了確認本實施方式的發(fā)光器件1的亮度改善效果而進行的實驗進行 說明。在本實驗中，制作了具有與本實施方式的發(fā)光器件1相同的結(jié)構(gòu)且由透光性部件形 成的板材5的尺寸(厚度和/或面積）各不相同的3種發(fā)光器件1 (實施例1?3)、和與比 較例同樣地不具備板材5的發(fā)光器件（比較例)。
[0044] 在全部實施例1?3和比較例中都使用了相同規(guī)格的發(fā)光二極管3。具體地，發(fā)光 二極管3為如下發(fā)光二極管：在正面和背面的面積(縱向X橫向)為0. 595mmX0. 270mm、厚 度(高度)為o. 15mm的藍寶石基板10上，形成由GaN半導(dǎo)體層形成的發(fā)光層11。藍寶石基 板10與板材5的粘接是使用吸光性足夠小的樹脂制粘接劑來進行的。
[0045] 在實施例1?3中使用的板材5分別使用了蘇打玻璃作為透光性部件。在實施例 1中使用的板材5形成為正面和背面的面積(縱向X橫向）為0· 7mmX0. 3mm、厚度（高度） 為0· 15mm。在實施例2中使用的板材5形成為正面和背面的面積為0· 7mmX0. 9mm、厚度 為0· 15mm。在實施例3中使用的板材5形成為正面和背面的面積為0· 7mmX0. 9mm、厚度為 0. 5mm η
[0046] 在本實驗中，對從各發(fā)光器件1放射出的全部的光的強度(能量）的合計值進行測 定(全放射束測定)，并換算成以不使用板材5的比較例為基準(zhǔn)（100%)的亮度。測定結(jié)果(亮 度）為實施例1是109. 2%、實施例2是111. 5%、實施例3是118. 0%。
[0047] 從測定結(jié)果可知，如果在發(fā)光二極管3的背面?zhèn)仍O(shè)置板材5,則能夠提高光的取出 效率。并且能夠確認如下傾向：若增大板材5的第1主面5a和第2主面5b的面積，則發(fā)光 器件1的亮度提高，若增厚板材5,則發(fā)光器件1的亮度提高。板材5被確認為厚度越厚、面 積越大，則亮度的上升越高，在不會對倒裝芯片安裝產(chǎn)生影響的范圍內(nèi)，期望使面積和/或 厚度形成得較大。
[0048] 另外，本發(fā)明不限于上述實施方式，可以進行各種變更來實施。在上述實施方式 中，關(guān)于附圖中圖示出的尺寸和形狀等，不限于此，可以在發(fā)揮本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)適當(dāng) 變更。此外，只要不脫離本發(fā)明的目的范圍，可以適當(dāng)變更地實施。
[0049] 例如，在上述實施方式中，舉例示出了使用藍寶石基板和GaN系的半導(dǎo)體材料的 發(fā)光二極管3,但是，結(jié)晶生長用基板和半導(dǎo)體材料不限于實施的方式，例如，可以使用GaN 基板作為結(jié)晶生長用基板等。另外，可以為了提高加工性而使藍寶石基板等結(jié)晶生長用基 板變薄，但是結(jié)晶生長用基板也可以不必變薄。
[0050] 并且，在上述實施方式中，舉例示出了依次設(shè)置有η型半導(dǎo)體層、發(fā)光的半導(dǎo)體層 和Ρ型半導(dǎo)體層的發(fā)光層11，但發(fā)光層11的結(jié)構(gòu)不限于此。發(fā)光層11只要至少構(gòu)成為能 夠通過電子與空穴的復(fù)合而發(fā)出光即可。
[0051] 此外，可以在板材5的第2主面5b的至少一部分區(qū)域中形成細微的凹凸，或者進 行使第2主面5b變粗糙而成為粗糙表面的加工，由此也能夠提高亮度。
[0052] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0053] 本發(fā)明對于提高以倒裝芯片方式安裝的發(fā)光二極管的光的取出效率是有用的。
【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光器件具備： 封裝，其具有底面和內(nèi)周面； 發(fā)光二極管，其具有基板和在該基板的正面上形成的發(fā)光層，該發(fā)光層側(cè)安裝于所述 封裝的所述底面；以及 透光性部件，其粘接于所述發(fā)光二極管的所述基板的背面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述基板由藍寶石基板或GaN基板構(gòu)成，所述發(fā)光層由GaN半導(dǎo)體層形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述透光性部件的主面的面積比所述發(fā)光二極管的正面和背面的面積大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于， 在所述封裝的底面上形成有具有反射功能的一對電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述封裝的內(nèi)周面實施了鏡面加工。
【文檔編號】H01L33/48GK104112808SQ201410150329
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】鈴木稔 申請人:株式會社迪思科