JP5763365B2 - 発光ダイオード素子および発光ダイオード装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード素子および発光ダイオード装置、詳しくは、発光ダイオード素子およびそれがフリップチップ実装された発光ダイオード装置に関する。

発光ダイオード装置は、端子を有するベース基板と、それに実装される発光ダイオード素子とを備えており、かかる発光ダイオード素子は、電極部、それに接続される光半導体層、および、電極部と光半導体層とを封止する封止樹脂層を備えている。

従来、発光ダイオード装置では、発光ダイオード素子の電極部と、ベース基板の端子とをワイヤーボンディングにより接続していたが、輝度向上に伴う熱量の増大やワイヤーの影による輝度の低下などから、近年では、光の取出効率を向上させるべく、発光ダイオード素子を、ベース基板にフリップチップ実装することが種々検討されている。具体的には、このようなフリップチップ実装において、発光ダイオード素子の電極部を、ベース基板の端子と電気的に直接接続することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１では、光のさらなる取出効率の向上を図るべく、高い反射率を有する金属から成膜された拡散膜を、光半導体層の表面に設けている。

特開２００５−１５８９３２号公報

しかし、特許文献１に記載の発光ダイオード装置には、拡散膜を、光半導体層や封止樹脂層とは別に設ける必要があるため、その分、装置構成が複雑となる。また、そのような発光ダイオード装置の製造コストが増大する。

本発明の目的は、低コストで製造され、簡単な構成で、光の取出効率を十分に向上させることのできる、発光ダイオード装置およびそれがフリップチップ実装された発光ダイオード装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の発光ダイオード素子は、光半導体層と、前記光半導体層と接続される電極部と、前記光半導体層および前記電極部を封止し、光反射成分を含有する封止樹脂層とを備えることを特徴としている。

また、本発明の発光ダイオード装置は、ベース基板と、前記ベース基板にフリップチップ実装された上記した発光ダイオード素子とを備えることを特徴としている。

本発明の発光ダイオード素子は、封止樹脂層が、光反射成分を含有しているので、電極部から電力の供給を受けて、光半導体層から発光される光を、封止樹脂層によって、反射させることができる。そのため、特許文献１に記載される拡散膜などを設ける必要がなく、発光ダイオード素子を、簡易な構成で、かつ、低コストで製造できながら、光の取出効率を向上させることができる。

その結果、上記した発光ダイオード素子がフリップ実装された発光ダイオード装置では、光の取出効率を向上させることできる。

図１は、本発明の発光ダイオード装置の一実施形態の断面図を示す。 図２は、図１の発光ダイオード装置を、発光ダイオード素子のフリップチップ実装により製造する工程を説明する断面図を示す。 図３は、図２に示す発光ダイオード素子を製造する方法を説明する工程図であり、（ａ）は、発光積層板を用意する工程、（ｂ）は、封止樹脂層を形成する工程、（ｃ）は、ベース基板を除去する工程、（ｄ）は、封止樹脂層の上側部分を除去し、その後、発光積層板を切断加工して、発光ダイオード素子を得る工程を示す。 図４は、本発明の発光ダイオード装置の他の実施形態（発光ダイオード素子の光半導体層の下面および側面が封止樹脂層によって封止される態様）の断面図を示す。 図５は、図４に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図であり、（ａ）は、複数の発光積層体と、剥離板とを用意する工程、（ｂ）は、複数の発光積層体を、剥離板に積層する工程、（ｃ）は、封止樹脂層によって、複数の発光積層体の上面および側面を封止する工程を示す。 図６は、図５に引き続き、図４に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図であり、（ｄ）は、封止樹脂層の上側部分を除去して、その後、ダイシングして、発光ダイオード素子に切り分ける工程、（ｅ）は、剥離板を、発光ダイオード素子から剥離する工程を示す。 図７は、本発明の発光ダイオード装置の他の実施形態（発光ダイオード素子の光半導体層の下面および側面と、支持基板の側面とが封止樹脂層によって封止される態様）の断面図を示す。 図８は、図７に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図であり、（ａ）は、複数の発光積層体と、剥離板とを用意する工程、（ｂ）は、複数の発光積層体を、剥離板に積層する工程、（ｃ）は、封止樹脂層によって、複数の発光積層体の上面および側面を封止する工程を示す。 図９は、図８に引き続き、図７に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図であり、（ｄ）は、封止樹脂層の上側部分を除去し、その後、ダイシングして、発光ダイオード素子に切り分ける工程、（ｅ）は、剥離板を、発光ダイオード素子から剥離する工程を示す。 図１０は、比較例１の発光ダイオード装置（反射膜を備える態様）の断面図を示す。

図１は、本発明の発光ダイオード装置の一実施形態の断面図、図２は、図１の発光ダイオード装置を、発光ダイオード素子のフリップチップ実装により製造する工程を説明する断面図、図３は、図２に示す発光ダイオード素子を製造する方法を説明する工程図を示す。

図１において、この発光ダイオード装置２１は、ベース基板１６と、それにフリップチップ実装（図２参照）される発光ダイオード素子２０とを備えている。

ベース基板１６は、略平板状をなし、具体的には、絶縁基板の上に、導体層が回路パターンとして積層された積層板から形成されている。絶縁基板は、例えば、シリコン基板、セラミックス基板、ポリイミド樹脂基板などから形成され、好ましくは、セラミックス基板から形成されている。導体層は、例えば、金、銅、銀、ニッケルなどの導体から形成されている。

また、導体層は、端子１５を含んでいる。

端子１５は、絶縁基板の表面において、面方向（ベース基板１６に沿う方向、すなわち、厚み方向に直交する方向、面方向、詳しくは、図１における紙面左右方向および紙面奥行き方向）に間隔を隔てて形成される所定のパターン（後述するバンプ１３に対応するパターン）に形成されている。なお、端子１５は、図示しないが、導体層を介して電力供給部と電気的に接続されている。

端子１５は、例えば、金、銅、銀、ニッケルなどの導体から形成されている。これら導体は、単独使用または併用することができる。

発光ダイオード素子２０は、図２に示すように、光半導体層３、光半導体層３に電気的に接続される電極部４、および、光半導体層３および電極部４を封止する封止樹脂層１４を備えており、後述する図３（ｄ）の製造工程において製造された後、上下反転させ（裏返し）て、ベース基板１６に実装される。

光半導体層３は、緩衝層６、その下に形成されるＮ形半導体層７、その下に形成される発光層８、および、その下に形成されるＰ形半導体層９を備えている。

緩衝層６は、発光ダイオード素子２０の外形形状に対応するように形成されており、例えば、略矩形平板状に形成されている。

緩衝層６は、次に説明するＮ形半導体層７の格子定数の不正を緩衝する。

緩衝層６を形成する緩衝材料としては、例えば、元素半導体（単元素半導体）、酸化物半導体、化合物半導体（酸化物半導体を除く）などの半導体が挙げられる。

元素半導体としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎなどの４Ｂ元素（長周期型周期表における４Ｂ元素、以下同様）が挙げられる。

酸化物半導体としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２などの典型元素の酸化物、例えば、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｃｕ_２Ｏなどの遷移元素の酸化物などが挙げられる。これらは、単独使用または併用することができる。

化合物半導体は、Ｏを除く複数の元素が結合する化合物であって、例えば、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの３Ｂ元素と５Ｂ元素との化合物、例えば、ＺｎＳ、ＳｎＳｅ、ＺｎＴｅなどの２Ｂ元素と６Ｂ元素との化合物などが挙げられる。好ましくは、３Ｂ元素と５Ｂ元素との化合物が挙げられる。

上記した半導体のうち、好ましくは、化合物半導体が挙げられる。

緩衝層６の厚みは、例えば、０．５〜２００ｎｍ、好ましくは、１〜１００ｎｍである。

Ｎ形半導体層７は、緩衝層６の下面全面に形成されている。Ｎ形半導体層７を形成するＮ形半導体としては、特に限定されず、公知のＮ形半導体が挙げられ、上記した半導体に、例えば、５Ｂ元素、さらには、４Ｂ元素などの不純物が微量ドープ（添加）された不純物半導体が挙げられる。

発光層８は、緩衝層６の下面に、面方向一方側（図２における右側）端部において所定パターンに形成されている。つまり、各発光層８は、面方向他方側端部（図２における左側）において、Ｎ形半導体層７の下面を露出している。

発光層８を形成する発光材料としては、上記した緩衝層６で例示した半導体と同様の半導体が挙げられ、好ましくは、化合物半導体が挙げられる。

発光層８の厚みは、例えば、２０〜３００ｎｍ、好ましくは、３０〜２００ｎｍである。

Ｐ形半導体層９は、発光層８の下面全面に、発光層８と同一パターンに形成されている。Ｐ形半導体層９を形成するＰ形半導体としては、特に限定されず、公知のＰ形半導体が挙げられ、例えば、上記した半導体に、３Ｂ元素、２Ａ元素などの不純物が微量ドープ（添加）された不純物半導体が挙げられる。２Ａ元素としては、例えば、Ｂｅ、Ｍｇなどのアルカリ土類金属が挙げられる。

電極部４は、アノード電極１０およびカソード電極１１を備えている。

アノード電極１０は、Ｐ形半導体層９の下に、透明電極１２を挟むように形成されており、透明電極１２を介してＰ形半導体層９と電気的に接続されている。

透明電極１２は、Ｐ形半導体層９の下面に形成され、厚み方向に投影したときに、Ｐ形半導体層９に含まれるように、配置されている。透明電極１２を形成する電極材料としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属酸化物が挙げられ、その厚みは、例えば、１０〜３００ｎｍ、好ましくは、２０〜２００ｎｍである。

アノード電極１０は、厚み方向に投影したときに、透明電極１２に含まれるパターンに形成されている。

アノード電極１０を形成する電極材料としては、例えば、金、アルミニウムなどが挙げられる。好ましくは、金が挙げられる。アノード電極１０の厚みは、例えば、１０〜３００ｎｍ、好ましくは、２０〜２００ｎｍである。

カソード電極１１は、Ｎ形半導体層７の下に形成され、具体的には、Ｐ形半導体層９および発光層８から露出するＮ形半導体層７の下面に形成されている。カソード電極１１は、Ｎ形半導体層７と電気的に接続されている。

カソード電極１１を形成する電極材料としては、金、アルミニウムなどが挙げられる。好ましくは、金が挙げられる。カソード電極１１の厚みは、例えば、１０〜３００ｎｍ、好ましくは、２０〜２００ｎｍである。

また、この電極部４には、バンプ１３が設けられている。

バンプ１３は、アノード電極１０の下面と、カソード電極１１の下面とに形成されている。各バンプ１３は、それぞれ、平面視において、アノード電極１０およびカソード電極１１に含まれるパターンに形成されている。また、バンプ１３は、端子１５と実質的に同一パターンに形成されている。

バンプ１３を形成する材料としては、例えば、金、銀、鉛、錫、それらの合金（具体的には、はんだなど）などの導体が挙げられる。

各バンプ１３の厚みは、フリップチップ実装前においては、アノード電極１０の下面に形成されるバンプ１３の下面と、カソード電極１１の下面に形成されるバンプ１３の下面とが同じ高さ（深さ）となるように、調整されている。すなわち、バンプ１３の厚みは、面方向（厚み方向に直交する方向）に投影したときに、それらが同じ位置（厚み方向位置）となるように、調整されている。

封止樹脂層１４を形成する封止樹脂としては、例えば、封止材料と、光反射成分とを含有している。

封止材料は、特に限定されず、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられ、好ましくは、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。

光反射成分としては、例えば、白色の化合物であって、具体的には、白色顔料が挙げられる。

そのような白色顔料としては、例えば、白色無機顔料が挙げられ、そのような白色無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムなどの酸化物、例えば、鉛白（炭酸亜鉛）、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、例えば、カオリン（カオリナイト）などの粘度鉱物などが挙げられる。

白色無機顔料として、好ましくは、酸化物、さらに好ましくは、酸化チタンが挙げられる。

酸化チタンであれば、高い白色度、高い光反射性、優れた隠蔽性（隠蔽力）、優れた着色性（着色力）、高い分散性、優れた耐候性、高い化学的安定性などの特性を得ることができる。

そのような酸化チタンは、具体的には、ＴｉＯ_２、（酸化チタン（ＩＶ）、二酸化チタン）である。

酸化チタンの結晶構造は、特に限定されず、例えば、ルチル、ブルッカイト（板チタン石）、アナターゼ（鋭錐石）などであり、好ましくは、ルチルである。

また、酸化チタンの結晶系は、特に限定されず、例えば、正方晶系、斜方晶系などであり、好ましくは、正方晶系（具体的には、ルチル構造）である。

酸化チタンの結晶構造および結晶系が、ルチルおよび正方晶系であれば、封止樹脂層１４が長期間高温に曝される場合でも、光（とりわけ、波長４５０ｎｍ付近の光）に対する反射率が低下することを有効に防止することができる。

光反射成分は、粒子状であり、その形状は限定されず、例えば、球状、板状、針状などが挙げられる。光反射成分の最大長さの平均値（球状である場合には、その平均粒子径）は、例えば、１〜１０００ｎｍである。最大長さの平均値は、レーザー回折散乱式粒度分布計を用いて測定される。

光反射成分の配合割合は、封止樹脂に対して、例えば、５〜９０質量％、好ましくは、着色性および光反射性の観点から、１０〜６０質量％である。

上記した光反射成分は、封止材料中に均一に分散混合される。

また、封止樹脂には、さらに、充填剤を添加することもできる。つまり、充填剤を、光反射成分（具体的には、白色顔料）と併用することができる。

充填剤は、上記した白色顔料を除く、公知の充填剤が挙げられ、具体的には、無機質充填剤が挙げられ、そのような無機質充填剤としては、例えば、シリカ粉末、タルク粉末、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末などが挙げられる。

充填剤として、好ましくは、封止樹脂層１４の線膨張率を低減する観点から、シリカ粉末が挙げられる。

シリカ粉末としては、例えば、溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末などが挙げられ、好ましくは、溶融シリカ粉末（すなわち、石英ガラス粉末）が挙げられる。

充填剤の形状としては、例えば、球状、板状、針状などが挙げられる。好ましくは、優れた充填性および流動性の観点から、球状が挙げられる。

従って、シリカ粉末として、好ましくは、球状溶融シリカ粉末が挙げられる。

充填剤の最大長さの平均値（球状である場合には、平均粒子径）は、例えば、５〜６０μｍ、好ましくは、１５〜４５μｍである。最大長さの平均値は、レーザー回折散乱式粒度分布計を用いて測定される。

充填剤の添加割合は、充填剤および光反射成分の総量が、例えば、封止樹脂に対して、１０〜８０質量％となるように、調整され、線膨張率の低減および流動性の確保の観点から、封止樹脂に対して、好ましくは、２５〜７５質量％、さらに好ましくは、４０〜６０質量％となるように、調整される。

封止樹脂は、上記した封止材料と、光反射成分と、必要により添加される充填剤とを配合して、均一混合して、封止樹脂組成物として調製される。なお、封止樹脂組成物は、ペースト状、あるいは、シート状に形成される。

封止樹脂層１４によって、アノード電極１０に対応するバンプ１３の側面と、かかるバンプ１３から露出するアノード電極１０の下面および側面と、アノード電極１０から露出する透明電極１２の下面および側面と、透明電極１２から露出するＰ形半導体層９の下面および側面と、発光層８の側面とが被覆されている。また、アノード電極１０に対応するバンプ１３の下面は、封止樹脂層１４から露出している。

また、封止樹脂層１４によって、カソード電極１１に対応するバンプ１３の側面と、かかるバンプ１３から露出するカソード電極１１の下面および側面とが被覆されている。また、カソード電極１１に対応するバンプ１３の下面は、封止樹脂層１４から露出している。

さらに、封止樹脂層１４によって、Ｎ形半導体層７の下面（発光層８およびカソード電極１１から露出するＮ形半導体層７の下面）も被覆されている。

このようにして、光半導体層３および電極部４は、封止樹脂層１４によって封止されている。

上記した発光ダイオード素子２０は、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、封止樹脂層１４によって封止された発光積層体５が複数整列配置された発光積層板１を切断加工することにより、得られる。具体的には、発光ダイオード素子２０は、光半導体層３および電極部４を備える各発光積層体５が封止樹脂層１４によって封止されており、上記した発光積層板１を１個ずつ切り分けることにより得られる。詳しくは、発光ダイオード素子２０は、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す製造方法によって得られる。

すなわち、この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、まず、発光積層板１を用意する。

発光積層板１は、支持基板２、その上に形成される複数の光半導体層３、および、その上に形成される複数の電極部４を備えている。発光積層板１では、支持基板２、光半導体層３および電極部４をそれぞれ備える発光積層体５が複数整列配置されている。

支持基板２は、例えば、平面視略円板状に形成されている。支持基板２は、光半導体層３および電極部４を支持する。

支持基板２を形成する支持材料としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮなどが挙げられる。好ましくは、サファイアが挙げられる。

支持基板２の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、２００〜８００μｍである。

光半導体層３は、緩衝層６、その上に形成されるＮ形半導体層７、その上に形成される光層８、および、その上に形成されるＰ形半導体層９を備えている。

発光積層板１を用意するには、まず、支持基板２を用意し、その上に、各光半導体層３を、例えば、エピタキシャル成長法などの公知の成長法によって、積層し、その後、各電極部４を、公知のパターンニング法によって積層する。なお、光半導体層３における発光層８およびＰ形半導体層９は、上記した成長法の後に、例えば、マスクを用いるエッチングによって、上記したパターンに形成される。

次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、封止樹脂層１４を、複数の光半導体層３および複数の電極部４を被覆するように、形成する。

封止樹脂層１４を形成するには、上記した封止樹脂組成物を、電極部４を含む複数の光半導体層３の上に、例えば、ラミネータやアプリケータを用いた塗布方法により塗布して、皮膜を形成する。その後、封止材料が熱硬化性樹脂である場合には、皮膜を、加熱により硬化させる。

また、封止樹脂組成物が、シート状に形成されている場合には、かかる封止樹脂組成物を、複数の光半導体層３の上に載置し、加熱により硬化させることによって、封止層１４を成形することもできる。

さらには、封止樹脂組成物が、粉末状の熱硬化性樹脂を含有している場合には、封止樹脂組成物を、圧縮成形機によって、加熱しながら圧縮成形することによって、硬化させて、封止層１４を成形することもできる。

これによって、封止樹脂層１４が形成される。

なお、このようにして形成される封止樹脂層１４は、その上面が、電極部４の上面（つまり、バンプ１３の上面）よりも、上側に形成される。

封止樹脂層１４の上面と、バンプ１３の上面との間の長さＬ１は、例えば、２０００μｍ以下、好ましくは、１０〜１０００μｍである。これにより、光半導体層３および電極部４が、封止樹脂層１４によって封止される。

次いて、図３（ｃ）に示すように、支持基板２を、光半導体層３から除去する。

支持基板２の除去には、例えば、ドライエッチング、ウエットエッチングなどのエッチング、例えば、グラインド加工（具体的には、研磨）などの機械加工などが採用される。

次いで、図３（ｄ）に示すように、封止樹脂層１４を、電極部４の上面が露出されるように、部分的に除去する。

具体的には、封止樹脂層１４において、バンプ１３の上面より上側にある上側部分を除去する。

封止樹脂層１４の上側部分の除去には、例えば、上記したエッチング、機械加工などが採用される。

上側部分が除去された封止樹脂層１４は、バンプ１３の上面を露出するとともに、その周囲の上面が、バンプ１３の上面と面一に形成される。

これにより、複数の発光積層体５に対応し、光半導体層３、電極部４および封止樹脂層１４を備える複数の発光ダイオード素子２０が一体的に形成される。

その後、図３（ｄ）の１点破線で示すように、封止樹脂層１４が形成された発光積層板１を、各発光ダイオード素子２０に対応するように、切断加工（ダイシング）する。

つまり、発光積層板１から複数の発光ダイオード素子２０に切り分ける。具体的には、電極部４、発光層８およびＰ形半導体層９の周囲の緩衝層６およびＮ形半導体層７を、図３（ｄ）の１点破線で示す厚み方向に沿って、ダイシングする。

これにより、各発光ダイオード素子２０を得ることができる。

その後、図２に示すように、得られた発光ダイオード素子２０を上下反転させ（裏返し）て、上記したベース基板１６と対向配置させた後、図１に示すように、電極部４のバンプ１３と、端子１５とを電気的に接続して、発光ダイオード素子２０をベース基板１６にフリップチップ実装する。

フリップチップ実装では、発光ダイオード素子２０を、ベース基板１６の上に、バンプ１３と端子１５とが厚み方向に隣接するように載置し、続いて、バンプ１３を、例えば、加熱または超音波などによって、リフローさせる。

これにより、バンプ１３が端子１５と接触し、発光ダイオード素子２０がベース基板１６にフリップ実装され、発光ダイオード素子２０およびベース基板１６を備える発光ダイオード装置２１を得ることができる。

そして、この発光ダイオード素子２０は、封止樹脂層１４が、光反射成分を含有しているので、電極部４から電力の供給を受けて、光半導体層３から発光される光を、封止樹脂層１４によって、反射させることができる。そのため、特許文献１に記載される拡散膜（図１０参照）などを設ける必要がなく、発光ダイオード素子２０を、簡易な構成で、かつ、低コストで製造できながら、光の取出効率を向上させることができる。

その結果、発光ダイオード素子２０がフリップ実装された発光ダイオード装置２１では、光の取出効率を向上させすることできる。

なお、図１〜図３の実線で示す実施形態では、支持基板２を全部除去することにより、発光ダイオード素子２０および発光ダイオード装置２１を得ているが、例えば、図１〜図３の仮想線で示すように、支持基板２を部分的に残存させて、発光ダイオード素子２０および発光ダイオード装置２１を得ることもできる。

つまり、図３（ｃ）の実線で示すように、支持基板２の全部を、光半導体層３から除去することなく、図３（ｃ）の仮想線で示すように、支持基板２の下側部分のみを除去して、支持基板２の上側部分を残存させる。

下側部分の除去後の支持基板２の厚みは、除去前の厚みに対して、例えば、８０％以下、好ましくは、３０％以下であり、通常、１％以上であり、具体的には、例えば、３２０μｍ以下、好ましくは、１０〜１２０μｍである。

上記した範囲を超えると、光の取出効率が低下する場合があり、一方、上記した範囲に満たないと、次に説明する、光半導体層３を支持することによって、電極部４が損傷することを防止する効果を十分に発現することができない場合がある。

図３（ｃ）の仮想線で示すように、支持基板２の下側部分のみを除去すれば、図３（ｄ）に示す封止樹脂層１４の上側部分の除去において、電極部４にかかる応力を、残存する支持基板２の上側部分によって、光半導体層３を介して確実に支持することができる。そのため、電極部４の損傷をより一層防止することができる。

一方、図３（ｃ）の実線で示すように、支持基板２の全部のみを除去すれば、図１に示す発光ダイオード装置２１において、発光ダイオード素子２０の光半導体層３から発光され、上方に向かう光を遮ることがないので、光の取出効率を向上させることができる。

図４は、本発明の発光ダイオード装置の他の実施形態（発光ダイオード素子の光半導体層の下面および側面が封止樹脂層によって封止される態様）の断面図、図５および図６は、図４に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図を示す。なお、上記した各部に対応する部材については、以降の各図面において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

また、図１〜図３の実施形態では、封止樹脂層１４によって、光半導体層３の下面（図１および図２）を封止しているが、例えば、図４に示すように、光半導体層３の下面および側面の両面を封止することもできる。

具体的には、封止樹脂層１４は、光半導体層３の上記した各面に加え、緩衝層６の側面と、Ｎ形半導体層７の側面とを被覆する。

次に、図４に示す発光ダイオード装置２１を製造する方法について、図５および図６を参照して、説明する。

まず、この方法では、図５（ａ）に示すように、光半導体層３および電極部４を備える発光積層体５を複数用意する。

なお、複数の発光積層体５は、例えば、支持基板２（図３参照）の上に、複数の光半導体層３および複数の電極部４を順次積層し、その後、切断加工（ダイシング）し、その後、支持基板２を剥離することにより得られる。

次いで、この方法では、図５（ｂ）に示すように、剥離板１９の上面に、複数の発光積層体５を貼着する。

剥離板１９は、略平板形状であって、厚み方向に投影したときに、発光積層体５を含むように、形成されている。

剥離板１９は、発光積層体５（図５（ａ）〜図５（ｃ）および図６（ｄ）参照）を支持し、その後、封止樹脂層１４により封止された発光積層体５から剥離される剥離シートである。

具体的には、剥離板１９は、支持層１７と、支持層１７の上面に積層される粘着層１８とを備えている。

支持層１７は、例えば、ポリエステルなどの耐熱性樹脂から形成されている。

粘着層１８は、例えば、常温（２５℃）において、粘着性を有し、加熱時に、粘着性が低減する（あるいは、粘着性を失う）。具体的には、粘着層１８は、後述する封止樹脂層１４の成形時の加熱では、粘着力を維持することのできる粘着剤からなり、かつ、成形温度よりも高い温度に加熱することによって粘着性が低減する粘着剤からなり、具体的には、熱膨張性粘着剤などから形成されている。

上記した剥離板１９は、市販品を用いることができ、具体的には、リバアルファシリーズ（登録商標、日東電工社製）などを用いることができる。

剥離板１９は、支持層１７によって、発光積層体５を粘着層１８を介して確実に支持しながら、その後の加熱によって、粘着層１８の粘着性の低下に基づいて、発光積層体５から剥離される。

具体的には、複数の発光積層体５を、粘着層１８を介して支持層１７の上に仮固定する（粘着させる）。また、各発光積層体５を、粘着層１８の上に、互いに間隔を隔てて整列配置させる。

次いで、この方法では、図５（ｃ）に示すように、封止樹脂層１４を、複数の光半導体層３および複数の電極部４を被覆するように、剥離板１９の上に形成する。

封止樹脂層１４は、少なくとも光半導体層３の側面（緩衝層６の側面およびＮ形半導体層７の側面を含む）および上面と、少なくとも電極部４の側面および上面と、光半導体層３から露出する剥離板１９の上面とを被覆する。

具体的には、封止樹脂組成物を、電極部４および光半導体層３を含む剥離板１９の表面に、例えば、ラミネータやアプリケータを用いた塗布方法により塗布して、皮膜を形成する。

その後、封止材料が熱硬化性樹脂である場合には、皮膜を、加熱により硬化させる。

あるいは、封止樹脂組成物が、粉末状の熱硬化性樹脂を含有している場合には、封止樹脂組成物を、圧縮成形機によって、加熱しながら圧縮成形することによって、硬化させて、封止層１４を成形することもできる。

これによって、封止樹脂層１４が形成される。つまり、封止樹脂層１４によって、光半導体層３および電極部４が封止される。

次いで、この方法では、図６（ｄ）の実線で示すように、封止樹脂層１４の上側部分を、電極部４の上面が露出されるように、部分的に除去する。

続いて、図６（ｄ）の１点破線で示すように、発光積層シート１を切断加工（ダイシング）することによって、１個ずつの発光ダイオード素子２０に切り分ける。

具体的には、各光半導体層３の間の封止樹脂層１４と、その下に形成される剥離板１９とを、切断する。

これにより、図６（ｅ）に示すように、裏面に剥離板１９が設けられた複数の発光ダイオード素子２０を得る。

その後、図６（ｅ）の仮想線および矢印で示すように、剥離板１９を、発光ダイオード素子２０から剥離する。

剥離板１９を剥離するには、剥離板１９を、例えば、成形温度よりも高い温度に加熱する。

その後、図４に示すように、発光ダイオード素子２０を上下反転させて、上記したベース基板１６と対向配置させた後、発光ダイオード素子２０をベース基板１６にフリップチップ実装する。

これによって、発光ダイオード装置２１を得る。

図４の発光ダイオード２１および発光ダイオード素子２０は、図１の発光ダイオード２１および発光ダイオード素子２０と同様の作用効果を奏し、さらに、緩衝層６の側面と、Ｎ形半導体層７の側面とが、封止樹脂層１４によって封止されているので、緩衝層６およびＮ形半導体層７の周端部の封止性を向上させることができる。

図７は、本発明の発光ダイオード装置の他の実施形態（発光ダイオード素子の光半導体層の下面および側面と、支持基板の側面とが封止樹脂層によって封止される態様）の断面図、図８および図９は、図７に示す発光ダイオード装置を製造する方法を説明する工程図を示す。

図４〜図６の実施形態では、とりわけ、図５（ａ）が参照されるように、支持基板２の全部が除去された発光積層体５を、剥離板１９の上に貼着しているが、例えば、図３（ｃ）、図３（ｄ）の仮想線および図７〜図９に示すように、支持基板２の下側部分のみを除去して、支持基板２の上側部分を残存させた発光積層体５を用いて、発光ダイオード素子２０および発光ダイオード装置２１を得ることもできる。

図７に示すように、発光ダイオード装置２１において、発光ダイオード素子２０は、緩衝層６の上面全面に積層される支持基板２を備えている。

支持基板２の側面には、封止樹脂層１４がその側面を被覆するように形成されており、これにより、支持基板２の側面は、封止樹脂層１４によって封止されている。

次に、図７に示す発光ダイオード装置２１を製造する方法について、図８および図９を参照して、説明する。

まず、この方法では、図８（ａ）に示すように、支持基板２、光半導体層３および電極部４を備える発光積層体５を複数用意する。

なお、発光積層体５は、図３が参照されるように、例えば、支持基板２の上に、複数の光半導体層３および複数の電極部４を順次積層し、その後、支持基板２の下側部分のみを除去して、支持基板２の上側部分を残存させ、その後、切断加工（ダイシング）することにより得られる。つまり、図８（ａ）の発光積層体５は、図示しないが、封止樹脂層１４に封止される前で、支持基板２の上側部分が残存する、複数の発光積層体５である。

次いで、この方法では、図８（ｂ）に示すように、剥離板１９の上面に、複数の発光積層体５を貼着する。

具体的には、複数の発光積層体５を、剥離板１９の上面に、面方向に互いに間隔を隔てるように、貼着する。

次いで、この方法では、図８（ｃ）に示すように、封止樹脂層１４を、複数の支持基板２、複数の発光積層体５および複数の電極部４を被覆するように、剥離板１９の上に形成する。

封止樹脂層１４は、支持基板２の側面と、光半導体層３の側面および上面と、支持基板２から露出する剥離板１９の上面とを被覆する。

また、封止樹脂層１４は、支持基板２から露出する剥離板１９の上面にも積層されている。

そして、封止樹脂層１４によって、支持基板２、光半導体層３および電極部４が封止される。

次いで、この方法では、図９（ｄ）の実線で示すように、封止樹脂層１４の上側部分を、電極部４の上面が露出されるように、部分的に除去する。

続いて、図９（ｄ）の１点破線で示すように、発光積層シート１を切断加工（ダイシング）することによって、１個ずつの発光ダイオード素子２０に切り分ける。

具体的には、各光半導体層３の間の封止樹脂層１４と、その下に形成される剥離板１９とを、切断する。

これにより、図９（ｅ）に示すように、裏面に剥離板１９が設けられた発光ダイオード素子２０を得る。

その後、図９（ｅ）の仮想線および矢印で示すように、剥離板１９を、発光ダイオード素子２０から剥離する。

その後、図７に示すように、発光ダイオード素子２０を上下反転させて、上記したベース基板１６と対向配置させた後、発光ダイオード素子２０をベース基板１６にフリップチップ実装する。

これによって、発光ダイオード装置２１を得る。

図７の発光ダイオード２１および発光ダイオード素子２０は、図４の発光ダイオード２１および発光ダイオード素子２０と同様の作用効果を奏し、さらに、支持基板２が設けられているので、図９（ｄ）の１点破線で示す発光積層シート１の切断加工（ダイシング）において、電極部４が損傷することを有効に防止することができる。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。

実施例１
支持基板、その上に形成される光半導体層、および、その上に形成される電極部を備える発光積層板を用意した（図３（ａ）参照）。

発光積層板を用意するには、まず、サファイアからなる厚み４５０μｍの支持基板を用意し、エピタキシャル成長法によって、支持基板の上に、ＧａＮからなる厚み３０ｎｍの緩衝層、ＳｉがドープされたＮ形ＧａＮ（ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ、以下同様に示す）からなる厚み５μｍのＮ形半導体層、ＩｎＧａＮからなる厚み１２０ｎｍの発光層、および、ｎ−ＧａＮ：Ｍｇからなる厚み５０ｎｍのＰ形半導体層を、上記したパターンで順次積層した。なお、発光層およびＰ形半導体層は、それぞれ、エピタキシャル成長の後、エッチングによって上記したパターンに形成した。

その後、ＩＴＯからなる厚み５０ｎｍの透明電極を、Ｐ形半導体層の上に形成し、続いて、透明電極の上に、金からなる厚み５０ｎｍのアノード電極を形成した。同時に、金からなる厚み５０ｎｍのカソード電極を、Ｎ形半導体層の上に形成した。

続いて、金からなるバンプを、アノード電極およびカソード電極の上に、それぞれ、形成した。

なお、アノード電極の上のバンプの厚みと、カソード電極の上のバンプの厚みとを、それらバンプの上面が、面方向に投影した時に、同じ高さとなるように、調整した。

次いで、封止樹脂層を、光半導体層の上に、電極部を被覆するように形成した（図３（ｂ）参照）。

具体的には、まず、熱硬化性シリコーン樹脂１００質量部、および、球状で、平均粒子径３００ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２、：ルチルの正方晶系）粒子２０質量部を均一に混合することにより、ペースト状の封止樹脂組成物を調製した。続いて、調製した封止樹脂組成物を、電極部を含む光半導体層の上に塗布し、半硬化状態（Ｂステージ状態）の皮膜を形成した。その後、皮膜を、加熱により硬化させた。なお、封止樹脂層の上面を、バンプの上面よりも、３０μｍ（Ｌ１）、上側に形成した。

その後、支持基板を、エッチングにより、光半導体層から除去した（図３（ｃ）の実線参照）。

次いで、封止樹脂層の上側部分（厚み３０μｍ）を、電極部の上面が露出されるように、グラインド加工によって、除去した。なお、封止樹脂層の上側部分を、電極部の上面とその周囲の封止樹脂層の上面とが面一となるように、除去した（図３（ｄ）の実線参照）。

これにより、複数の発光ダイオード素子を一体的に形成した。

その後、発光積層板をダイシングして、発光積層板から各発光ダイオード素子を切り分けた（図３（ｄ）の１点破線参照）。

その後、各発光ダイオード素子を裏返すとともに、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる絶縁基板の表面に、銅、ニッケルおよび金からなる端子を含む導体層が積層された、厚み１ｍｍのベース基板を用意し、発光ダイオード素子とベース基板とを対向配置させた（図２参照）。

その後、バンプを、加熱によりリフローさせて、バンプと端子とを接触させて、それらを電気的に直接接続して、発光ダイオード素子をベース基板にフリップチップ実装した（図１参照）。これにより、発光ダイオード装置を作製した。

比較例３
支持基板の全部を光半導体層から除去すること（図２（ｃ）の実線参照）に代えて、支持基板の下側部分（厚み４２０μｍ）のみを除去した（図２（ｃ）の仮想線参照）以外は、実施例１と同様にして、発光ダイオード素子を得、続いて、それをベース基板にフリップチップ実装することにより、発光ダイオード装置を作製した（図１仮想線参照）。

つまり、図１の仮想線が参照されるように、支持基板の下側部分は、残存しており、その下側部分の厚みは３０μｍであった。

実施例３
光半導体層および電極部を備える発光積層体を複数用意した（図５（ａ）参照）。なお、発光積層体は、複数の発光積層体が設けられた発光積層板を切り分けることによって得た。

次いで、複数の発光積層体を、剥離板（リバアルファシリーズ、日東電工社製）の上に、互いに間隔を隔てて整列配置した（図５（ｂ）参照）。

次いで、封止樹脂層を、光半導体層および電極部を被覆するように、剥離板の上に形成した（図５（ｃ）参照）。

すなわち、実施例１と同様の封止樹脂組成物を、電極部および光半導体層を含む剥離板の表面に塗布して、半硬化状態（Ｂステージ状態）の皮膜を形成した。その後、皮膜を、加熱により硬化させた。

次いで、封止樹脂層の上側部分を、電極部の上面が露出されるように、グラインド加工した（図６（ｄ）の実線参照）。

続いて、発光積層シートをダイシングすることによって、複数の発光ダイオード素子を得た（図６（ｄ）の１点破線参照）。

その後、発光ダイオード素子を上下反転させて、ベース基板と対向配置させた後、発光ダイオード素子をベース基板にフリップチップ実装した（図４参照）。

比較例４
支持基板、光半導体層および電極部を備える発光積層体を複数用意した（図８（ａ）参照）。なお、発光積層体は、複数の発光積層体が設けられた発光積層板を切り分けることによって得た。

次いで、複数の発光積層体を、剥離板（リバアルファシリーズ、日東電工社製）の上に、互いに間隔を隔てて整列配置した（図８（ｂ）参照）。

次いで、封止樹脂層を、支持基板、光半導体層および電極部を被覆するように、剥離板の上に形成した（図８（ｃ）参照）。

すなわち、実施例１と同様の封止樹脂組成物を、電極部、光半導体層および支持基板を含む剥離板の表面に塗布して、半硬化状態（Ｂステージ状態）の皮膜を形成した。その後、皮膜を、加熱により硬化させた。

続いて、封止樹脂層の上側部分を、電極部の上面が露出されるように、グラインド加工した（図９（ｄ）の１点破線参照）。

続いて、発光積層シートをダイシングすることによって、複数の発光ダイオード素子を得た（図９（ｄ）の１点破線参照）。

その後、発光ダイオード素子を上下反転させて、ベース基板と対向配置させた後、発光ダイオード素子をベース基板にフリップチップ実装した（図７参照）。

比較例１
封止樹脂組成物に、光反射成分を含有させず、また、図１０に示すように、光半導電性の表面に、拡散膜（３０）（アルミニウム製、厚み１００ｎｍ）を設けた以外は、実施例１と同様に処理して、発光ダイオード装置を作製した。

比較例２
封止樹脂層の上側部分のグラインド加工を実施しなかった（図３（ｂ）参照）以外は、実施例１と同様にして、発光ダイオード素子を得、これをベース基板に貼着して、発光ダイオード装置を得た。

（評価）
１．電極部の検査
実施例１、３および比較例１、３、４の発光ダイオード装置を厚み方向に沿って切断してサンプルを作製し、サンプルの電極部を、電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、電極部に損傷がないことを確認した。
２．光の取出効率の測定
実施例１、３および比較例１〜４の発光ダイオード装置について、光の取出効率を、放射束から算出することによって求めた。

その結果、実施例１、３および比較例１、３、４の発光ダイオードの光の取出効率は、比較例２のそれに比べて、１０％、３％、１０％、３％および１０％、それぞれ、高いことを確認した。

３ 光半導体層
４ 電極部
５ 発光積層体
１４ 封止樹脂層
１６ ベース基板
２０ 発光ダイオード素子
２１ 発光ダイオード装置

Claims (2)

1. 発光ダイオード装置のベース基板にフリップチップ実装される発光ダイオード素子であって、
   光半導体層と、
   前記光半導体層と接続される電極部と、
   前記光半導体層および前記電極部を封止し、光反射成分を含有する封止樹脂層と
   のみからなり、
   前記電極部は、この発光ダイオード素子が前記ベース基板にフリップチップ実装されるときにリフローされるバンプを備え、
   前記バンプは、前記光半導体層側の面とは反対側の面において、前記封止樹脂層から露出されており、
   前記光半導体層は、前記電極部側の面とは反対側の面において、前記封止樹脂層から露出されていることを特徴とする、発光ダイオード素子。
2. ベース基板と、
   前記ベース基板にフリップチップ実装された請求項１に記載の発光ダイオード素子と
   を備えることを特徴とする、発光ダイオード装置。

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