JP2017011202A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光装置の不良検査の精度を向上させること。【解決手段】 本発明の一実施形態に係る発光装置１は、半導体基板２と、半導体基板２の上面の一部に配されるとともに、上方からの光を反射する反射層３と、反射層３の上面に配された発光素子４と、半導体基板２の上面、発光素子４の表面及び反射層３の表面に配された絶縁層７と、半導体基板２の上面のうち上記上面の一部を除く他部に、絶縁層７を介して配された上部電極５２と、半導体基板２の下面に配された下部電極５１と、を備える。その結果、発光装置１の不良検査の精度を向上させることができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、ＬＥＤプリントヘッドなどに応用される発光装置が知られている。このような発光装置として、例えば特許文献１には、基板上に複数の発光素子が形成されており、基板の下面に配された下部電極と、基板の上面に絶縁層を介して配された上部電極とを備えることが記載されている。また、特許文献１には、基板上に反射層を形成することも記載されている。

特開２００７―２１４３４５号公報

従来の発光装置として、基板上に反射層を形成した場合、基板の上部に配された上部電極は、絶縁層を介して反射層上に形成されることがある。

ここで、反射層がある場合、例えば上部電極と下部電極との間の導電性が低下することがある。その結果、絶縁層にピンホールなどの不良があった場合、検査のために上部電極と下部電極との間に電流を流しても上部電極と下部電極との間で短絡が起こらず、絶縁層の不良を見逃すことがあった。

本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、発光装置の不良検査の精度を向上させることを目的とする。

本発明の一実施形態に係る発光装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面の一部に配されるとともに、上方からの光を反射する反射層と、前記反射層の上面に配された発光素子と、前記半導体基板の上面、前記発光素子の表面及び前記反射層の表面に配された絶縁層と、前記半導体基板の上面のうち前記上面の一部を除く他部に、前記絶縁層を介して配された上部電極と、前記半導体基板の下面に配された下部電極と、を備える。

本発明の一実施形態に係る発光装置によれば、発光装置の不良検査の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置を模式的に示す上面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る発光装置について、図１〜図５を参照しつつ説明す
る。なお、発光装置は、いずれの方向が上方または下方とされて使用されてもよいものであるが、本明細書では、便宜的に、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するとともに、Ｚ軸方向の正側を上方として、上面または下面などの語を用いるものとする。

図１は、本実施形態に係る発光装置の概略を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る発光装置を上下方向（Ｚ軸方向）に切断したときの断面図であり、発光装置の概略を模式的に示している。図３は、発光装置の断面の一部を拡大して示しており、発光装置の発光素子を模式的に示している。図４は、発光装置の断面の一部を拡大して示しており、発光装置の反射層の一部を模式的に示している。図５は、発光装置を模式的に示した上面図である。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

発光装置１は、例えばプリンタなどに搭載されて、ＬＥＤプリントヘッドなどの光源として用いられるものである。発光装置１は、図１、図２に示すように、半導体基板２と、半導体基板２の上面に配された反射層３と、反射層３の上面に一列に配列された複数の発光素子４と、複数の発光素子４のそれぞれに電圧を印加するための一対の電極５とを有している。

なお、本実施形態に係る発光装置１は複数の発光素子４を有しているが、発光装置１は複数の発光素子４を有しているものに限られない。例えば、発光装置１は、１つの発光素子４を有していても構わない。

半導体基板２は、複数の発光素子４を支持するものである。半導体基板２は、例えば、長方形の平面形状を有する平板状の部材である。半導体基板２の厚みは、例えば１００μｍ以上１ｍｍ以下に設定される。

半導体基板２は、一導電型の半導体材料からなる。具体的には、半導体基板２は、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の基板に、シリコン（Ｓｉ）をドーピングして形成される。また、半導体基板２は、従来周知の方法によって、ウェハにドナーまたはアクセプタをドーピングすることによって形成される。

なお、本明細書では、一導電型をｎ型として説明するが、本実施形態に係る発光装置１において、一導電型がｎ型として限定的に解釈されるものではなく、一導電型がｐ型として解釈されても構わない。

反射層３は、上面に配された複数の発光素子４の光のうち下方に出射した光を上方に反射する機能を有する。反射層３は、半導体基板２の上面の一部に配置されている。また、本実施形態では、反射層３は、複数の発光素子４の配列方向に伸びた帯状に形成されている。反射層３の厚みは、例えば１μｍ以上４μｍ以下に設定される。反射層３は、例えば半導体基板２の上面の面積のうち５％以上５０％以下の領域に形成される。

反射層３は、いわゆる分布ブラッグ反射層（DBR：Distributed Bragg Reflector）である。反射層３は、図４に示すように、複数の第１半導体層３１と複数の第２半導体層３２とを有している。複数の第１半導体層３１と複数の第２半導体層３２とは交互に積層されており、半導体基板２の上面には第１半導体層３１が積層されている。第１半導体層３１の屈折率と第２半導体層３２の屈折率とは異なる。その結果、反射層３は、反射層３に入射する光を反射することができる。なお、本実施形態に係る反射層３は、例えば１０層の第１半導体層３１と１０層の第２半導体層３２を有している。

第１半導体層３１は、一導電型の半導体材料からなる。具体的には、第１半導体層３１は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ａｓ）で形成される。第２半導体層３２は、一導電型の半導体材料からなる。具体的には、第２半導体層３２は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_ｙＧａ_{（１−ｙ）}Ａｓ）で形成される。なお、上記のｘとｙの値は、適宜設定されるものである。また、第１半導体層３１の屈折率および第２半導体層３２の屈折率は、発光素子４の出射する光の波長によって適宜設定される。

また、反射層３は、従来周知の工法によって形成される。また、反射層３は、例えば半導体基板２の上面全体に複数の半導体層を積層した後に、複数の半導体層の一部をエッチングすることによって、半導体基板２の上面の一部に形成してもよい。

発光素子４は、いわゆる発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子４は、電圧が印加されることで発光し、光を出射する機能を有する。発光素子４は、図３に示すように、反射層３の上面に順次積層された一導電型クラッド層４１、活性層４２、他導電型クラッド層４３および他導電型コンタクト層４４を有している。

なお、本明細書では、他導電型をｐ型として説明するが、本実施形態に係る発光装置１において、他導電型がｐ型として限定的に解釈されるものではなく、他導電型がｎ型として解釈されても構わない。

一導電型クラッド層４１は、活性層４２に正孔を閉じ込める機能を有している。一導電型クラッド層４１は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_αＧａ_{（１−α）}Ａｓ）の材料で形成される。活性層４２は、電子や正孔などのキャリアが集中して、再結合することによって光を発する発光部として機能する。活性層４２は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_βＧａ_{（１−β）}Ａｓ）の材料で形成される。他導電型クラッド層４３は、活性層４２に電子を閉じ込める機能を有している。他導電型クラッド層４３は、例えばアルミニウムガリウムヒ素（Ａｌ_αＧａ_{（１−α）}Ａｓ）の材料で形成される。他導電型コンタクト層４４は、後に記載する発光素子４４に電気的に接続される配線６とオーミック接合するためのものである。他導電型コンタクト層４４は、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の材料で形成される。なお、上記のαとβは、α＞βを満たす範囲で適宜設定されるものである。

発光素子４は、一導電型クラッド層４１、活性層４２、他導電型クラッド層４３、他導電型コンタクト層４４を、反射層３の上面に順次エピタキシャル成長させた後、適宜エッチングすることによって形成される。

発光装置１は、絶縁層７をさらに有している。具体的には、本実施形態に係る発光装置１では、絶縁層７は、半導体基板２の上面、発光素子４の表面および反射層３の表面を覆っている。絶縁層７は、半導体基板２の上方および下方に位置した一対の電極５同士の短絡を防止する機能を有している。

絶縁層７は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの無機絶縁材料、あるいはポリイミド樹脂などの有機絶縁材料などで形成される。絶縁層７は、例えば、プラズマＣＶＤ法などによって形成される。絶縁層７の厚みは、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下に設定される。

一対の電極５は、上述した通り、発光素子４に電圧を印加するものである。一対の電極５は、例えば金（Ａｕ）またはチタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の合金等の金属材料で形成される。また、一対の電極５は、例えば、従来周知のリフトオフ法によって形成するこ
とができる。

一対の電極５は、半導体基板２の下面に配された下部電極５１と、半導体基板２の上面に絶縁層７を介して配された上部電極５２を有している。下部電極５１は、発光素子４の一導電型の電極として機能し、上部電極５２は、発光素子４の他導電型の電極として機能する。上部電極５２は、絶縁層７の上面に配されて配線６を介して、発光素子４の他導電型コンタクト層４４と電気的に接続している。

なお、言い換えれば、配線６は、上部電極５２に接続し、絶縁層７を貫通して発光素子４に接続している。また、配線６は、上部電極５２の製法と同様の手法によって、上部電極５２と一体的に形成される。

上部電極５２は、外部の基板（図示せず）にボンディングワイヤによって接続されるものである。また、上部電極５２は、半導体基板２の上面のうち反射層３が位置していない部分（半導体基板２の上面の他部）に配されている。

ここで、従来の発光装置１として、半導体基板２上に反射層３を形成した場合、半導体基板２の上方に配された上部電極５２は、絶縁層７を介して反射層３上に形成されることがある。この場合、例えば反射層３の電気抵抗が大きいと、下部電極５１と上部電極５２との間に電流が流れにくい。特に、反射層３がＤＢＲの場合は、第１半導体層３１と第２半導体層３２とのバンドギャップが大きいという理由から、電気抵抗が大きくなりやすい。したがって、絶縁層７に不良になり得る微細な穴（ピンホール）が形成されていた場合に、検査のために下部電極５１と上部電極５２との間に電流を流しても下部電極５１と上部電極５２との間で短絡が起こらず、絶縁層７の不良を見逃すことがあった。したがって、後の工程において、例えばボンディングワイヤ形成時での衝撃などによってピンホールが大きくなってしまい、最終製品としたときに下部電極５１と上部電極５２との間で短絡が起こって不良品になってしまうということがあった。

これに対して、本実施形態に係る発光装置１では、上部電極５２は半導体基板２の上面のうち反射層３が位置していない部分に、絶縁層７を介して配されている。その結果、下部電極５１と上部電極５２との間に反射層３が介在している場合と比較して、下部電極５１と上部電極５２との間の電気抵抗が小さくなるため、検査時に下部電極５１と上部電極５２との間を電流が流れやすくなり、絶縁層７のピンホールの存在を検査によって発見しやすくすることができる。したがって、後の工程において不良品になりやすいものを事前に発見することができるため、発光装置１の不良検査の精度を向上させることができる。

発光素子４および反射層３を上面視したときに、図５に示すように、反射層３の上面の外縁は、発光素子４の外縁よりも外側に位置していてもよい。その結果、発光素子４の下方に出射した光を、反射層３によって効果的に上方に反射することができる。

反射層３の側面は、図４に示すように、テーパー状に形成されていてもよい。すなわち、反射層３の下面の面積が反射層３の上面の面積よりも大きくなるように、反射層３の側面が傾斜していてもよい。その結果、配線６を形成しやすくすることができる。

反射層３は、上述した通り、複数の第１半導体層３１と複数の第２半導体層３２を有している。そして、複数の第１半導体層３１のそれぞれと複数の第２半導体層３２のそれぞれは、図４に示すように、テーパー状でもよい。すなわち、複数の第１半導体層３１のそれぞれの下面の面積が上面の面積よりも大きくなるように、複数の第１半導体層３１のそれぞれの側面が傾斜していてもよい。また、複数の第２半導体層３２のそれぞれの下面の面積が上面の面積よりも大きくなるように、複数の第２半導体層３２のそれぞれの側面が
傾斜している。その結果、配線６を形成しやすくすることができる。

反射層３を上面視したときに、複数の第２半導体層３２のそれぞれの上面は、上面に積層されている第１半導体層３１の下面よりも外側に位置するか一致していてもよい。そして、複数の第１半導体層３１のそれぞれの上面は、上面に積層されている第２半導体層３２の下面よりも外側に位置するか一致していてもよい。その結果、配線６を形成しやすくすることができる。

複数の第１半導体層３１のそれぞれの側面の傾きは、図４に示すように、複数の第２半導体層３２のそれぞれの側面の傾きよりも大きい。その結果、配線６を形成しやすくすることができる。

なお、複数の第１半導体層３１のそれぞれの側面の傾きは、例えば第１半導体層３１の下面に対して６０°以上８８°以下に設定される。複数の第２半導体層３２のそれぞれの側面の傾きは、例えば第２半導体層３２の下面に対して４５°以上８０°以下に設定される。

なお、反射層３の側面の形状は、例えばエッチングによって制御することができる。具体的には、例えばＨ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏからなるエッチング液を使用して、ウェットエッチングすればよい。また、Ｈ_２ＳＯ_４の比率を変更することによって、複数の第１半導体層３１および複数の第２半導体層３２のエッチング速度を調整することができ、それぞれの側面の形状を制御することが可能になる。

半導体基板２の上面の一部から半導体基板２の下面までの距離は、半導体基板２の上面の他部から半導体基板２の下面までの距離よりも大きくてもよい。その結果、下部電極５１と上部電極５２との間の距離が小さくなることから、下部電極５１と上部電極５２との間に電流が流れやする。したがって、絶縁層７の不良を発見しやすくなる。

なお、半導体基板２の上面の一部から半導体基板２の下面までの距離は、例えば１００μｍ以上１ｍｍ以下に設定される。半導体基板２の上面の他部から半導体基板２の下面までの距離は、例えば９０μｍ以上９００μｍ以下に設定される。

１ 発光装置
２ 半導体基板
３ 反射層
３１ 第１半導体層
３２ 第２半導体層
４ 発光素子
４１ 一導電型クラッド層
４２ 活性層
４３ 他導電型クラッド層
４４ 他導電型コンタクト層
５ 一対の電極
５１ 下部電極
５２ 上部電極
６ 配線
７ 絶縁層

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上面の一部に配されるとともに、上方からの光を反射する反射層と、
   前記反射層の上面に配された発光素子と、
   前記半導体基板の上面、前記発光素子の表面及び前記反射層の表面に配された絶縁層と、前記半導体基板の上面のうち前記上面の一部を除く他部に、前記絶縁層を介して配された上部電極と、
   前記半導体基板の下面に配された下部電極と、を備える、発光装置。
2. 前記発光素子および前記反射層を上面視したときに、
   前記反射層の上面の外縁は、前記発光素子の外縁よりも外側に位置している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記反射層の側面は、テーパー状である、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記反射層は、前記半導体基板の上面に積層された複数の半導体層を有しており、
   前記複数の半導体層のそれぞれの側面は、テーパー状である、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記複数の半導体層は、交互に積層された複数の第１半導体層と複数の第２半導体層とを有しており、
   前記複数の第１半導体層の側面の傾きは、前記複数の第２半導体層の側面の傾きよりも大きい、請求項４に記載の発光装置。
6. 前記半導体基板の前記上面の一部から前記半導体基板の前記下面までの距離は、前記半導体基板の前記上面の他部から前記半導体基板の前記下面までの距離よりも大きい、請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。