發光器件以及其製造方法

2023-04-23 21:50:11

專利名稱：發光器件以及其製造方法
技術領域：
本發明涉及發光器件以及其製造方法。
背景技術：
使用了發光二極體的發光器件具有節能、壽命長等優點，作為照明裝置、彩色圖像顯示裝置、液晶面板的背光燈或者交通信號燈等的光源而倍受關注。對於這種發光器件，例如在日本特開2006-114820號公報中公開了一種將透明結晶基板、由P型及N型氮化物半導體構成的一對半導體層、用於向一對半導體層注入電流的半導體面電極、和絕緣基板按順序層疊而成的發光元件。絕緣基板中形成有縱導體。該縱導體在沿厚度方向貫通絕緣基板而形成的縱孔內，通過鍍覆處理或者焊料等導電性膏埋入處理而形成，半導體面電極與形成在絕緣基板的另一面的安裝面電極電連接。由於日本特開2006-114820號公報的發光元件在光出射面的相反側的絕緣基板的表面具備安裝面電極，因此以與表面安裝在印製基板的元件同樣被處理為前提。但是，由於這種發光元件通常成為厚度為20μπι左右的極薄構造，所以即使如日本特開2006-114820號公報所述那樣，將發光元件與表面安裝在印製基板的其他元件同樣處理，也難以進行操作(handling)。例如，當在表面安裝作業中操作失敗、發光元件破損時， 照明裝置等的可靠性會降低。另外，在如日本特開2006-114820號公報所述那樣通過鍍覆處理形成縱導體的情況下，由於鍍覆處理必然需要一定的時間，所以製造效率極其差。另一方面，在通過焊料等導電性膏埋入處理來形成縱導體的情況下，埋入於縱孔內的導電性膏在凝固時必然收縮，會在縱導體中產生縮孔。這樣的縮孔成為電阻增大、高頻特性劣化以及可靠性降低等的原因。

發明內容
本發明的課題在於，提供可靠性高的面發光的發光器件以及發光器件的製造方法。本發明的另一個課題在於，提供容易製造的發光器件以及發光器件的製造方法。為了解決上述課題，本發明涉及的發光器件包括發光元件、和支承基板。上述發光元件包括透明結晶基板、半導體層、半導體面電極、絕緣層和縱導體，上述透明結晶基板的一面是光出射面，上述半導體層包含將P型半導體層以及N型半導體層層疊而成的構造，該上述半導體層被層疊在上述透明結晶基板的與上述光出射面相反側的另一面。上述P型半導體層以及N型半導體層中位於上述透明結晶基板一側的一方半導體層，具有不與另一方半導體層重合的部分。上述半導體面電極具有第1半導體面電極和第2半導體面電極，上述第1半導體面電極在上述一方半導體層中設置在上述不重合的部分的表面上，上述第2半導體面電極在上述另一方半導體層中，設置在與設置有上述第1半導體面電極的上述表面相同側的面上。上述絕緣層覆蓋上述半導體層。上述縱導體由含有因凝固而膨脹的金屬成分的膨脹金屬體構成，包括第1縱導體以及第2縱導體。上述第1縱導體貫通上述絕緣層而與上述第1半導體面電極連接，上述第2縱導體貫通上述絕緣層而與上述第2半導體面電極連接。上述支承基板具有基板部和貫通電極，層疊於上述絕緣層。上述貫通電極由含有因凝固而膨脹的金屬成分的膨脹金屬體構成，包括第1貫通電極以及第2貫通電極。上述第1貫通電極貫通上述基板部而與上述第1縱導體連接，上述第2貫通電極貫通上述基板部而與上述第2縱導體連接。如上所述，本發明涉及的發光器件包括發光元件和支承基板，支承基板與發光元件層疊。根據該構造，通過支承基板來彌補極薄構造的發光元件，因此製造步驟中的操作性顯著提高，生產率、製造效率提高。並且，可以通過不同的工序預先製造發光元件和支承基板，並利用將支承基板粘貼到發光元件的絕緣層等手段使兩者一體化，或者，也可以採用在將支承基板粘貼於發光元件的狀態下，一次性執行縱導體以及貫通電極用的埋入工序等手段。因此，可以通過適合於生產、製造設備等的最佳製造方法，來高效地進行製造。另外，由於支承基板作為內插器發揮功能，所以能夠使用支承基板來實現針對發光元件的合理的供電電路。並且，通過活用支承基板，能夠減少發光元件中的絕緣層的厚度，使針對絕緣層的穿孔工序以及其後的縱導體形成工序變得容易。發光元件包括透明結晶基板和半導體層，透明結晶基板的一個面是光出射面，半導體層層疊在透明結晶基板的與光出射面相反側的另一面。該構造成為用於實現半導體層用的電極無論是P側電極還是N側電極，都不出現在光出射面的構造的基礎。作為用於實現半導體層用的電極不出現在光出射面的構造的具體的構造，在本發明中，構成半導體層的P型半導體層以及N型半導體層中、位於透明結晶基板一側的一方半導體層，具有與另一方半導體層不重合的部分。P側電極、N側電極中任意一個的第1半導體面電極在一方半導體層中，設置在不重合的部分的表面上，第2半導體面電極在另一方半導體層中，設置在與設置有第1半導體面電極的表面相同側的面上。因此，從透明結晶基板所處的側的相反側，對半導體層注入電流。由於半導體層被絕緣層覆蓋，所以受到絕緣層的保護。發光元件包括第1縱導體及第2縱導體。第1縱導體貫通絕緣層而與第1半導體面電極連接，第2縱導體貫通絕緣層而與第2半導體面電極連接。另外，支承基板包括第1 貫通電極以及第2貫通電極，第1貫通電極貫通基板部而與第1縱導體連接，第2貫通電極貫通基板部而與第2縱導體連接。因此，從透明結晶基板所處的側的相反側，通過由第1貫通電極以及第1縱導體構成的電路、和由第2貫通電極以及第2縱導體構成的電路，對半導體層的第1半導體面電極以及第2半導體面電極供給電流，實現了半導體層用的電極不出現在光出射面的構造。第1縱導體以及第2縱導體是膨脹金屬體。該膨脹金屬體通過向設置於絕緣層的縱孔內流入熔融金屬並使其凝固的熔融金屬填充法而形成。通過對流入到縱孔內的熔融金屬施加機械方式的力，例如使用了壓板的衝壓、注射壓或者碾壓的同時使其冷卻、凝固，可以在短時間內高效地形成沒有孔穴、空隙、空洞的具有緻密構造的縱導體。構成第1縱導體以及第2縱導體的膨脹金屬體含有因凝固而體積膨脹的金屬成分 (凝固膨脹金屬成分)。其具體例是Bi (鉍)。如果含有Bi等凝固膨脹金屬成分，則通過凝固時的體積膨脹特性，可以在縱孔的內部形成沒有空洞、空隙的緻密的縱導體。在應用了熔融金屬填充法的情況下，由熔融金屬暫時加熱的絕緣層隨著熔融金屬的溫度降低而逐漸收縮。此時，如果熔融金屬也因溫度降低而體積收縮，則會在縱孔的內壁面與膨脹金屬體之間產生空隙、空洞。在本發明中，由於熔融金屬含有Bi等凝固膨脹金屬成分，所以不會產生上述的空隙、空洞。因此，能夠形成電氣特性出色的高品質的縱導體。設置於支承基板的第1貫通電極以及第2貫通電極也是膨脹金屬體。該膨脹金屬體也通過與縱導體同樣的熔融金屬填充法形成，能夠在短時間高效地形成沒有孔穴、空隙、 空洞的具有緻密構造的貫通電極。構成第1貫通電極以及第2貫通電極的膨脹金屬體也含有凝固膨脹金屬成分。對於凝固膨脹金屬成分的具體例以及作用如已經說明的那樣，可以通過凝固膨脹金屬成分的體積膨脹特性，在貫通孔的內部形成沒有空洞、空隙的緻密的貫通電極。在本發明涉及的發光器件中，發光元件可以是一個，也可以是多個。在發光元件是多個的情況下，可以實現具有與其數量對應的發光量的面發光器件。在發光元件是多個的情況下，優選發光元件的每一個通過穿過透明結晶基板、半導體層以及絕緣層的分離槽而被個別化。這是為了使發光元件的每一個能夠在電氣穩定的狀態下發光。該情況下，優選支承基板在發光元件的每一個中被共用。這是為了使構造簡單、容易製造。支承基板可以由陶瓷基板構成，也可以由樹脂基板構成。優選第1半導體面電極以及第2半導體面電極包括含有Au的電極膜。並且，優選第2半導體面電極包含光反射電極膜。由此，能夠通過光反射電極膜將半導體層的接合區域中的發光向透明結晶基板的方向反射，使在透明結晶基板的光出射面觀察到的發光量增大。透明結晶基板可以在光出射面形成微細凹凸形狀。由此，能夠通過透明結晶基板的光出射面使光擴散或者分散，實現均勻的面發光。也可以與此不同，在透明結晶基板的光出射面配置具有微細凹凸形狀的透明光學部件。該情況下，也可以獲得同樣的作用效果。並且，也可以在透明結晶基板的光出射面或者內部配置螢光體。本發明還公開了上述的發光器件的製造方法。在其製造時，準備在透明結晶基板的與光出射面相反側的另一面上層疊了半導體層以及半導體面電極的層疊體。然後，將上述層疊體的上述半導體層以及上述半導體面電極圖案化，形成被個別化的發光元件。接下來，塗敷共同覆蓋上述發光元件的耐熱性樹脂，並使其固化而形成絕緣層。接著，在上述絕緣層中形成到達上述半導體面電極的縱孔。向如此形成的上述縱孔內填充含有因凝固而膨脹的金屬成分的熔融金屬並使其凝固，由此形成縱導體。然後，對上述絕緣層粘貼具有貫通電極的支承基板，將上述縱導體與上述貫通電極接合。如上所述，根據本發明，可獲得下述那樣的效果。(a)可以提供可靠性高的面發光的發光器件以及其製造方法。(b)可以提供容易製造的發光器件以及其製造方法。參照附圖對本發明的其他目的、構成以及優點更詳細地進行說明。附圖只不過是簡單的例示。


圖1是本發明的一個實施方式涉及的發光器件的部分剖視圖。圖2是表示本發明的一個實施方式涉及的發光器件的製造方法的部分剖視圖。圖3是表示圖2所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖4是表示圖3所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖5是表示圖4所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖6是表示圖5所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖7是表示圖6所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖8是表示圖7所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖9是表示圖8所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖10是表示圖9所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖11是表示圖10所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖12是表示圖11所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖13是表示圖12所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖14是表示圖13所示的工序之後的狀態的部分剖視圖。圖15是針對本發明的一個實施方式涉及的發光器件表示另一個製造方法的部分剖視圖。圖16是表示圖15所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖17是表示圖16所示的工序之後的狀態的部分剖視圖。圖18是針對本發明的一個實施方式涉及的發光器件表示又一個製造方法的部分剖視圖。圖19是表示圖18所示的工序之後的工序的部分剖視圖。圖20是本發明的另一個實施方式涉及的發光器件的部分剖視圖。圖21是本發明的又一個實施方式涉及的發光器件的部分剖視圖。附圖標記說明1-發光元件，2-透明結晶基板，21-光出射面，23-透明光學部件， 31-N型半導體層，32-P型半導體層，33-不重合的部分，51-第1半導體面電極，52-第2半導體面電極，53-光反射電極膜，6-絕緣層，71-第1縱導體，72-第2縱導體，8-分離槽，9-支承基板，90-貫通孔，91-基板部，94-第1貫通電極，95-第2貫通電極。
具體實施例方式1.發光器件參照圖1，本發明涉及的發光器件包括發光元件1和支承基板9。發光元件1是發光二極體，包括透明結晶基板2、半導體層(31、32)、半導體面電極(51、52)、絕緣層6和縱導體(71、72)。代表性的透明結晶基板2是藍寶石基板，其一面成為光出射面21。在透明結晶基板2的一個面上有緩衝層30，半導體層(31、32)隔著緩衝層30在透明結晶基板2之上生長。
半導體層(31、32)在發光元件1中是公知的。具有PN結，代表性的可以使用III-V 族化合物半導體。當然，並不限於公知技術，也可以包括今後提出的某種化合物半導體。在本發明中，發光元件1可以是紅色發光元件、綠色發光元件、藍色發光元件、橙色發光元件中的任意一個，也可以是白色發光元件。在這些發光元件1中，構成半導體層 (31,32)的半導體材料是已知的。圖1表示使用了氮(N)類化合物半導體的GaN類藍色發光元件的一個例子。參照附圖，半導體層(31、32)具有在附著於由藍寶石構成的透明結晶基板2的一個面上的緩衝層30之上，按順序將N型半導體層31、活性層4以及P型半導體層32進行層疊的構造。作為一個例子，N型半導體層31由Si摻雜GaN層構成，P型半導體層32由Mg摻雜GaN層構成。活性層4具有由GaN-MGaN等構成的多量子阱MQW(MultipleQuantum Well)構造， 有時在與P型半導體層32相接的一側，具備Al-GaN超晶格覆蓋層。P型半導體層以及N型半導體層中位於透明結晶基板2的一側的N型半導體層31， 具有與P型半導體層32不重合的部分33。不重合的部分33被設置成在由N型半導體層 31、活性層4以及P型半導體層32構成的有源區域的外側，例如夾持或者包圍該有源區域。 不重合的部分33可以是其表面從與活性層4的接觸面下降的階梯狀，也可以是從與活性層 4的接觸面保持平面延伸的狀態。半導體面電極(51、52)具有第1半導體面電極51和第2半導體面電極52。第1 半導體面電極51以及第2半導體面電極52是含有Au (金)的薄膜電極。第1半導體面電極51在N型半導體層31中，設置於不重合的部分33的表面上。不重合的部分33儘可能小地設置。第2半導體面電極52在P型半導體層32中，設置在與設置有第1半導體面電極 51的表面相同側的面上。在實施方式中，第2半導體面電極52作為其一部分，具有光反射電極膜34。光反射電極膜34以Ag或者Al為主要成分、設置在P型半導體層32之上，第2 半導體面電極52層疊於光反射電極膜34。由此，可以通過光反射電極膜34將位於N型半導體層31以及P型半導體層32之間的活性層4中的發光向透明結晶基板2的方向反射， 使在透明結晶基板2的光出射面21觀察到的發光量增大。優選光反射電極膜34在與P型半導體層32相反的一側，具有對以Ag或者Al為主要成分的反射電極膜層疊了以Cr為主要成分的第2反射電極膜的雙層構造。通過具有這樣的第2反射電極膜，光反射效率進一步提高。絕緣層6覆蓋由半導體層(31、32)以及活性層4等構成的有源區域。該絕緣層6 可以由耐熱性絕緣樹脂，例如具有耐熱性的環氧類樹脂、聚醯亞胺類樹脂或者液晶聚酯等構成。第1半導體面電極51以及第2半導體面電極52與縱導體(71、72)的一端接合。 縱導體(71、72)包括第1縱導體71以及第2縱導體72。第1縱導體71貫通絕緣層6而與第1半導體面電極51連接，第2縱導體72貫通絕緣層6而與第2半導體面電極52連接。 第1縱導體71以及第2縱導體72都由含有因凝固而膨脹的金屬成分(以下稱為凝固膨脹金屬成分)，具體為Bi的膨脹金屬體構成。組成第1縱導體71以及第2縱導體72的材料中可以包含從fe、Sb、Ag、Cu、Ge的組中選擇出的至少一種、和上述的凝固膨脹金屬成分。
支承基板9具有基板部91和貫通電極(94、95)。支承基板9可以由陶瓷基板構成。作為優選的例子，是以Si為主要成分的基板(半導體基板)。在支承基板9由半導體基板構成的情況下，在其兩面設置絕緣層92、93。在半導體基板的情況下，進而優選厚度方向的兩面以及穿過貫通電極(94、95)的貫通孔90的內壁面被氧化或者被氮化。氧化可以是自然氧化，也可以是強制氧化。也可以與此不同，支承基板9由絕緣樹脂基板或者絕緣性陶瓷基板構成。該情況下，可以省略絕緣層92、93。貫通電極(94、95)由含有因凝固而膨脹的金屬成分，具體為Bi的膨脹金屬體構成，包括第1貫通電極94以及第2貫通電極95。第1貫通電極94貫通基板部91而與第1 縱導體71連接，第2貫通電極95貫通基板部91而與第2縱導體72連接。第1貫通電極 94以及第2貫通電極95也和第1縱導體71以及第2縱導體72同樣，由含有因凝固而膨脹的金屬成分的膨脹金屬體構成。如上所述，本發明涉及的發光器件包含發光元件1和支承基板9，支承基板9被層疊於對發光元件1的半導體層進行覆蓋的絕緣層6。根據該構造，由於通過支承基板9來彌補極薄構造的發光元件1，所以製造工序中的操作性顯著提高，生產、製造效率提高。並且，可以通過不同的工序預先製造發光元件1和支承基板9，並利用將支承基板 9粘貼到發光元件1的絕緣層6等手段將兩者一體化，或者，也可以採用在將支承基板9粘貼於發光元件1的狀態下，一次性執行縱導體以及貫通電極用的埋入工序等手段。因此，可以通過適於生產、製造設備等的最佳製造方法，高效地進行製造。另外，由於支承基板9作為內插器(Interpose!·)發揮功能，所以可以利用支承基板9來實現針對發光元件1的合理的供電電路。並且，通過將支承基板9作為絕緣基板加以活用，能夠減少發光元件1中的絕緣層 6的厚度，使得針對絕緣層6穿孔工序以及之後的縱導體形成工序變得容易。發光元件1包含透明結晶基板2和半導體層(31、32)，透明結晶基板2的一個面是光出射面21，半導體層(31、32)層疊在透明結晶基板2的與光出射面21相反側的另一面 22上。該構造成為用於實現半導體層(31、32)用的電極無論是P側電極還是N側電極，都不出現於光出射面21的構造的基礎。根據該構成，由於不會通過電極使得光出射面21的面積縮小，所以能夠實現發光量變大、發光效率高的發光器件。作為用於實現半導體層(31、32)用的電極不出現於光出射面21的構造的具體構造，在本發明中，構成半導體層(31、32)的P型半導體層32以及N型半導體層31之中、位於透明結晶基板2 —側的N型半導體層31具有與P型半導體層32不重合的部分33。第1半導體面電極51在N型半導體層31中設置於不重合的部分33的表面上，第 2半導體面電極52在P型半導體層32中，設置在與設置有第1半導體面電極51的表面相同側的面上。因此，從與透明結晶基板2所處的一側相反側對半導體層(31、3幻注入電流。 半導體層(31、32)由於被絕緣層6覆蓋，所以受到絕緣層6的保護。第1縱導體71貫通絕緣層6而與第1半導體面電極51連接，第2縱導體72貫通絕緣層6而與第2半導體面電極52連接。另外，發光元件1的絕緣層6上層疊的支承基板 9包含第1貫通電極94以及第2貫通電極95，第1貫通電極94貫通基板部91而與第1縱導體71連接，第2貫通電極95貫通基板部91而與第2縱導體72連接。因此，從透明結晶基板2所處的一側相反側，通過由第1貫通電極94以及第1縱導體71構成的電路、和由第2貫通電極95以及第2縱導體72構成的電路對半導體層的第 1半導體面電極51以及第2半導體面電極52供給電流。第1縱導體71以及第2縱導體72是膨脹金屬體。該膨脹金屬體可以通過使熔融金屬流入到設置於絕緣層6的縱孔70內並凝固的熔融金屬填充法來形成。因此，成為沒有孔穴、空洞、空隙的具有緻密構造的高品質第1縱導體71以及第2縱導體72。構成第1縱導體71以及第2縱導體72的膨脹金屬體含有因凝固而體積膨脹的金屬成分、即凝固膨脹金屬成分。其具體例是Bi(鉍)、In(銦)。如果含有Bi等凝固膨脹金屬成分，則可以基於凝固時的體積膨脹特性在縱孔70的內部形成沒有空洞、空隙的緻密的縱導體(71、72)。構成第1貫通電極94以及第2貫通電極95的膨脹金屬體也含有凝固膨脹金屬成分。對於凝固膨脹金屬成分的具體例以及作用如已經說明那樣，可以通過凝固膨脹金屬成分的體積膨脹特性，在貫通孔的內部形成沒有空洞、空隙的緻密貫通電極。在本發明涉及的發光器件中，發光元件1可以是一個，也可以是多個。在發光元件 1是多個的情況下，可以實現具有與其數量對應的發光量的面發光器件。在發光元件1是多個的情況下，優選發光元件1的每一個通過穿過透明結晶基板 2、半導體層以及絕緣層6的分離槽8而被個別化(分離為個體)。這是為了使發光元件1 的每一個能夠在電氣穩定的狀態下發光。在實施方式中，由於支承基板9在發光元件1的每一個中被共用，所以構造簡單、 容易製造。透明結晶基板2可以在光出射面21形成有微細凹凸形狀。由此，能夠通過透明結晶基板2的光出射面21使光擴散或者分散，實現均勻的面發光。也可以與之不同，在透明結晶基板2的光出射面21配置具有微細凹凸形狀的透明光學部件。該情況下，也能夠得到同樣的作用效果。並且，也可以在透明結晶基板2的光出射面21或者內部配置螢光體。2.發光器件的製造方法接下來，參照圖2 圖21對圖1所示的發光器件的製造方法進行說明。首先，如圖2所示，在由藍寶石構成的透明結晶基板2的與光出射面21相反側的另一面22上設置的緩衝層30之上，具有按順序層疊了 N型半導體層31、活性層4以及P型半導體層32的構造，並在P型半導體層32之上形成光反射電極膜53。作為一個例子，透明結晶基板1的厚度為0. 5mm, N型半導體層31的厚度為6 μ m，P型半導體層32的厚度為0. 2 μ m，但並不限定於此。接下來，如圖3所示，在光反射電極膜53之上執行光刻工序，將光致抗蝕劑膜100 圖案化成規定圖案，然後如圖4所示，以光致抗蝕劑膜100作為掩模，對光反射電極膜53進行蝕刻。光反射電極膜53的蝕刻基於化學方式的溼蝕刻而進行。接下來，如圖5所示，將光致抗蝕劑膜100以及其下的光反射電極膜53作為掩模， 對P型半導體層32、活性層4以及N型半導體層31進行蝕刻。此時的蝕刻可以採用RIE (反應離子蝕刻)等幹蝕刻。N型半導體層31未對全部進行蝕刻而殘餘一部分，將其蝕刻成在與P型半導體層32之間產生不重合的部分33。由此，將光反射電極膜53、P型半導體層32、 活性層4以及N型半導體層31圖案化，形成個別化的發光元件。不重合的部分33在圖示中是，其表面從與活性層4的接觸面下降的階梯狀，但也可以是從與活性層4的接觸面開始保持平面延伸的狀態。不重合的部分33的表面位置由蝕刻量來控制。然後，將作為掩模使用的光致抗蝕劑膜100通過例如灰化(ashing)除去，由此成為圖6所示的狀態。接下來，在按照共同覆蓋發光元件的整體的方式塗敷了光致抗蝕劑膜之後，通過執行光刻工序，如圖7所示，將光致抗蝕劑膜101圖案化，形成用於形成第1半導體面電極 51以及第2半導體面電極52的光致抗蝕劑孔102。光致抗蝕劑孔102形成為在其底部出現N型半導體層31的不重合的部分33、以及位於P型半導體層32之上的光反射電極膜53。 光致抗蝕劑膜101作為一個例子可以是厚度5μπι左右。然後，如圖8所示，應用濺射等薄膜形成技術，在位於光致抗蝕劑孔102的底部的N 型半導體層31的不重合的部分33上、以及位於P型半導體層32之上的光反電極膜53上， 形成第1半導體面電極51以及第2半導體面電極52。第1半導體面電極51以及第2半導體面電極52作為一個例子可以是1 μ m左右。接下來，如圖9所示，在塗敷共同覆蓋發光元件的光致抗蝕劑層並形成了絕緣層6 之後，對絕緣層6執行光刻工序，經過曝光、顯影，如圖10所示，形成到達第1半導體面電極 51及第2半導體面電極52的縱孔70。接下來，向如此形成的縱孔70內如圖11所示那樣，填充含有因凝固而膨脹的金屬成分，具體為Bi (鉍)的熔融金屬並使其凝固，由此形成第1縱導體71以及第2縱導體 72。為了形成第1縱導體71以及第2縱導體72，向設置於絕緣層6的縱孔70內流入熔融金屬，並對流入到縱孔70內的熔融金屬施加機械方式的力例如使用了壓板的衝壓、注射壓或者碾壓，同時使其冷卻而凝固。由此，能夠短時間、高效地形成沒有孔穴、空隙、空洞的具有緻密構造的膨脹金屬體。作為利用熔融金屬填充法形成第1縱導體71以及第2縱導體72的情況下所採用的主要金屬材料，可舉出Bi、In、Sn以及Cu。特別是若含有Bi，則基於Bi所具有的凝固時的體積膨脹特性，能夠在縱孔70的內部形成不產生空洞、空隙的緻密的第1縱導體71以及第2縱導體72。作為熔融金屬可以採用如下金屬，該金屬利用上述的金屬材料將由顆粒直徑為1 μ m以下、結晶直徑為200nm以下的多晶體的集合體構成的粒子(納米粒子)的粉狀體熔融而形成。縱孔70可以利用雷射穿孔法或者化學穿孔法等公知的穿孔技術容易地形成。並且，由於第1縱導體71以及第2縱導體72由填充到如此形成的縱孔70內並凝固的膨脹金屬體構成，所以在電極製造時，可以採用將熔融金屬填充到縱孔70內，並且維持加壓的狀態使其凝固的加壓填充方法。根據該方法，能夠在縱孔70內形成沒有空洞的緻密的第1 縱導體71以及第2縱導體72。即，在應用了熔融金屬填充法的情況下，由熔融金屬暫時加熱的絕緣層6隨著熔融金屬的溫度降低而逐漸收縮。此時，如果熔融金屬是因溫度降低而體積收縮的一般金屬材料，則在縱孔70的內壁面與膨脹金屬體之間會產生空隙、空洞。在本發明中，由於熔融金屬含有Bi等凝固膨脹金屬成分，所以不會產生上述的空隙、空洞。因此，能夠形成電氣特性出色的高品質的縱導體(71、72)。另外，上述的加壓填充方法屬於衝壓施工方法，與以往的採用了 ICP型RIE裝置的幹蝕刻法相比，設備費用顯著低廉，處理時間也短。因此，可以實現成本低廉的發光器件。接下來，如圖12所示，在對絕緣層6的表面粘貼了切割帶103的基礎上，對透明結晶基板2、緩衝層30、N型半導體層31的不重合的部分33以及絕緣層6進行切割，形成分離槽8。然後，將切割帶103剝離，並根據需要通過選擇性的化學蝕刻法、物理蝕刻法或者兩者的組合，使絕緣層6的表面從第1縱導體71以及第2縱導體72的端部起後退，由此使第 1縱導體71以及第2縱導體72的端部突出。然後，如圖13以及圖14所示，對絕緣層6粘貼支承基板9，將第1縱導體71及第 2縱導體72、與第1貫通電極94及第2貫通電極95接合。在使絕緣層6的表面從第1縱導體71以及第2縱導體72的端部起後退、而使第 1縱導體71以及第2縱導體72的端部突出的情況下，使第1貫通電極94以及第2貫通電極95的前端後退與第1縱導體71以及第2縱導體72的端部的突出量相適合的深度，並且，以所謂的「凹窩(in low) 」方式，使第1縱導體71以及第2縱導體72的端部嵌合到貫通孔90的內部。由此，可在貼合的同時執行對位。也可以與圖示不同，使支承基板9的表面從第1貫通電極94以及第2貫通電極95的端部起後退，使得第1貫通電極94以及第2 貫通電極95的端部突出，並使第1縱導體71以及第2縱導體72的前端後退與第1貫通電極94以及第2貫通電極95的端部的突出量相適合的深度。對於在絕緣層6形成縱孔70的時機(timing)、在絕緣層6形成第1縱導體71以及第2縱導體72的時機、貼合支承基板9的時機、在支承基板9形成第1貫通電極94以及第2貫通電極95的時機，有幾種方法。下面表示其一個例子。(a)在絕緣層6的縱孔70中形成了第1縱導體71以及第2縱導體72之後，將已經形成了第1貫通電極94以及第2貫通電極95的支承基板9與絕緣層6貼合的方法。圖 13及圖14表示了這樣的方法。(b)如圖15所示，在形成了第1縱導體71以及第2縱導體72之後，將已經形成了貫通孔90但沒有形成第1貫通電極94以及第2貫通電極95的支承基板9，如圖16所示那樣，與絕緣層6粘貼，然後，如圖17所示，向貫通孔90內填充熔融金屬來形成第1貫通電極 94以及第2貫通電極95的方法。(c)如圖18所示，在絕緣層6中形成了縱孔70之後，對形成第1縱導體71以及第 2縱導體72之前的絕緣層6，粘貼已經形成了貫通孔90但尚未形成第1貫通電極94以及第2貫通電極95的支承基板9，然後，如圖19所示，向縱孔70以及貫通孔90內填充熔融金屬，而同時形成第1縱導體71及第2縱導體72、以及第1貫通電極94及第2貫通電極95 的方法。(d)在絕緣層6中形成縱孔70之前，將未形成貫通孔90的支承基板9與絕緣層6 粘貼，然後同時形成縱孔70以及貫通孔90，並向縱孔70以及貫通孔90內填充熔融金屬， 而同時形成第1縱導體71及第2縱導體72以及第1貫通電極94及第2貫通電極95的方法。當第1縱導體71及第2縱導體72、與第1貫通電極94及第2貫通電極95接合時，在兩者的接合界面夾設有接合膜。接合膜可以含有從Sn、In、Bi、( 或者Sb的組中選擇出的至少1種低熔點金屬成分、和包含從Cr、Ag、Cu、Au、Pt、Pd、Ni、Ni-P合金、Ni-B合金的組中選擇出的至少1種的高熔點金屬材料。低熔點金屬與第1縱導體71及第2縱導體 72、和第1貫通電極94及第2貫通電極95反應，形成金屬間化合物而被消耗，接合後熔點大幅上升。
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3.發光器件的其他方式本發明涉及的發光器件可以採用各種方式。圖20以及圖21表示了其一個例子。圖20所示的發光器件不具有圖1 圖19所示的發光器件中具備的分離槽8。透明結晶基板2、緩衝層30以及N型半導體層31在發光元件1的每一個中共用。圖21所示的發光器件在透明結晶基板2的光出射面21配置有具有微細凹凸形狀的透明光學部件23。由此，能夠通過透明結晶基板2的光出射面21使光擴散或者分散，實現均勻的面發光。也可以取代設置透明光學部件23，而在透明結晶基板2的光出射面21形成微細凹凸形狀。並且，雖然省略了圖示，但也可以與微細凹凸一同，或者不設置微細凹凸地在透明結晶基板2的光出射面21設置螢光體。本發明涉及的發光器件適用於作為單一的發光元件的發光二極體、將多個發光元件例如配置成矩陣狀的面發光裝置、照明裝置、液晶顯示器用背光燈、信號燈等，具有廣泛的用途。以上，參照優選的實施例對本發明的內容具體進行了說明，但本領域技術人員根據本發明的基本技術思想以及啟示，能夠獲得各種變形方式。
權利要求
1.一種發光器件，包括發光元件和支承基板，其特徵在於，上述發光元件含有透明結晶基板、半導體層、半導體面電極、絕緣層和縱導體， 上述透明結晶基板的一個面是光出射面，上述半導體層含有將P型半導體層以及N型半導體層層疊而成的構造，並且上述半導體層被層疊在上述透明結晶基板的與上述光出射面相反側的另一面， 上述絕緣層覆蓋上述半導體層， 上述縱導體含有第1縱導體以及第2縱導體，上述第1縱導體貫通上述絕緣層，上述第1縱導體的一端與設置在上述P型半導體層以及N型半導體層中的一個上的第1半導體面電極連接，上述第2縱導體貫通上述絕緣層，上述第2縱導體的一端與設置在上述P型半導體層以及N型半導體層中的另一個上的第2半導體面電極連接，上述支承基板具有基板部和貫通電極，並被層疊於上述絕緣層， 上述貫通電極包括第1貫通電極以及第2貫通電極，上述第1貫通電極貫通上述基板部，上述第1貫通電極的一端與上述第1縱導體的另一端連接，上述第2貫通電極貫通上述基板部，上述第2貫通電極的一端與上述第2縱導體的另一端連接，上述第1縱導體以及上述第2縱導體的上述另一端比上述絕緣層的表面突出，並在上述支承基板的內部與上述第1貫通電極以及上述第2貫通電極的上述一端連接。
2.一種發光器件，包括發光元件和支承基板，其特徵在於，上述發光元件含有透明結晶基板、半導體層、半導體面電極、絕緣層和縱導體， 上述透明結晶基板的一個面是光出射面，上述半導體層含有將P型半導體層以及N型半導體層層疊而成的構造，並且上述半導體層被層疊在上述透明結晶基板的與上述光出射面相反側的另一面， 上述絕緣層覆蓋上述半導體層， 上述縱導體含有第1縱導體以及第2縱導體，上述第1縱導體貫通上述絕緣層，上述第1縱導體的一端與設置在上述P型半導體層以及N型半導體層中的一方上的第1半導體面電極連接，上述第2縱導體貫通上述絕緣層，上述第2縱導體的一端與設置在上述P型半導體層以及N型半導體層中的另一方上的第2半導體面電極連接，上述支承基板具有基板部和貫通電極，並被層疊於上述絕緣層， 上述貫通電極包括第1貫通電極以及第2貫通電極，上述第1貫通電極貫通上述基板部，上述第1貫通電極的一端與上述第1縱導體的另一端連接，上述第2貫通電極貫通上述基板部，上述第2貫通電極的一端與上述第2縱導體的另一端連接，上述第1縱導體以及上述第2縱導體的上述另一端從上述絕緣層的表面起後退，並在上述絕緣層的內部與上述第1貫通電極以及上述第2貫通電極的上述一端連接。
3.根據權利要求1所述的發光器件，其特徵在於，上述P型半導體層以及N型半導體層中位於上述透明結晶基板一側的一方半導體層， 具有與另一方半導體層不重合的部分，上述第1半導體面電極在上述一方半導體層中，設置在上述不重合的部分的表面上， 上述第2半導體面電極在上述另一方半導體層中，設置在與設置有上述第1半導體面電極的上述表面相同側的面上。
4.根據權利要求2所述的發光器件，其特徵在於，上述P型半導體層以及N型半導體層中位於上述透明結晶基板一側的一方半導體層， 具有與另一方半導體層不重合的部分，上述第1半導體面電極在上述一方半導體層中，設置在上述不重合的部分的表面上， 上述第2半導體面電極在上述另一方半導體層中，設置在與設置有上述第1半導體面電極的上述表面相同側的面上。
5.根據權利要求1所述的發光器件，其特徵在於， 上述發光元件是多個。
6.根據權利要求2所述的發光器件，其特徵在於， 上述發光元件是多個。
7.根據權利要求5所述的發光器件，其特徵在於，上述發光元件的每一個通過穿過上述透明結晶基板、上述半導體層以及上述絕緣層的分離槽而被個別化，上述支承基板在上述發光元件的每一個中被共用。
8.根據權利要求6所述的發光器件，其特徵在於，上述發光元件的每一個通過穿過上述透明結晶基板、上述半導體層以及上述絕緣層的分離槽而被個別化，上述支承基板在上述發光元件的每一個中被共用。
9.根據權利要求1所述的發光器件，其特徵在於， 上述絕緣層由耐熱性樹脂構成。
10.根據權利要求2所述的發光器件，其特徵在於， 上述絕緣層由耐熱性樹脂構成。
11.根據權利要求1所述的發光器件，其特徵在於，上述支承基板由以Si為主要成分的基板構成，上述支承基板的厚度方向的兩面以及穿過上述貫通電極的貫通孔的內壁面被氧化或者被氮化。
12.根據權利要求2所述的發光器件，其特徵在於，上述支承基板由以Si為主要成分的基板構成，上述支承基板的厚度方向的兩面以及穿過上述貫通電極的貫通孔的內壁面被氧化或者被氮化。
全文摘要
本發明提供可靠性高、容易製造的發光器件以及其製造方法。透明結晶基板的一個面是光出射面，發光元件1被層疊在透明結晶基板的與光出射面相反側的另一面。位於透明結晶基板一側的N型半導體層具有與P型半導體層不重合的部分。N型半導體層的第1半導體面電極設置在不重合的部分的表面，P型半導體層的第2半導體面電極設置在與第1半導體面電極相同側的面。發光元件被絕緣層覆蓋，絕緣層上層疊有支承基板。通過絕緣層與第1及第2半導體面電極連接的第1及第2縱導體，連接於貫通支承基板的第1及第2貫通電極。
文檔編號H01L33/62GK102456827SQ20111031844
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者上林和利, 關根由莉奈, 關根重信, 桑名良治 申請人:納普拉有限公司