WO2011126000A1 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device in which a light emitting element and a wavelength conversion member are joined, and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 describes that a “nucleation layer” made of GaN is grown on a “growth substrate” made of sapphire, and the “nucleation layer” and the “ceramic phosphor” are bonded at high temperature and high pressure. Has been.
  • the light-emitting device described in Patent Document 1 has a problem that the “growth substrate” made of sapphire and the “nucleation layer” made of GaN are merely thermocompression bonded, and the bonding strength between the two is weak. . If the bonding strength is weak, for example, both peel off during use, which is not preferable.
  • an object of the present invention is to provide a light emitting device having a strong bonding strength between the light emitting element and the wavelength conversion member.
  • the light emitting device of one embodiment according to the present invention is a light emitting device in which a light emitting element and a wavelength conversion member are joined.
  • the light-emitting element has a first region and a second region from the wavelength conversion member side
  • the wavelength conversion member has a third region and a fourth region from the light-emitting element side
  • the first region is a second region.
  • the atomic arrangement is irregular
  • the third area is irregular in atomic arrangement compared to the fourth area
  • the first area and the third area are directly joined.
  • the light-emitting element includes a substrate having the first region and the second region, and a semiconductor stacked portion formed in the substrate.
  • the wavelength conversion member includes a support having the third region and the fourth region, and a phosphor contained in the support.
  • the light-emitting element has a substrate made of sapphire and a semiconductor laminated portion formed on the substrate, and the wavelength conversion member has a support made of aluminum oxide and a phosphor contained in the support. It is preferable to join the support and the support.
  • FIG. (A) is sectional drawing which concerns on the light emitting element preparation process which prepares the light emitting element 10, in the manufacturing method of the light-emitting device which concerns on one Embodiment of this invention
  • (b) is the wavelength which prepares the wavelength conversion member 20.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the light emission observation surface of the light emitting device according to the embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged view of a broken line portion of FIG.
  • the light emitting element 10 is formed on, for example, a substrate 11 made of sapphire, a semiconductor stacked portion 12 formed on the substrate 11, and the semiconductor stacked portion 12.
  • the p electrode 13 and the n electrode 14 are provided.
  • the wavelength conversion member 20 consists of the board
  • the substrate 11 of the light emitting element 10 has the first region 11a and the second region 11b from the wavelength converting member 20 side, and the wavelength converting member 20 has the third region 20a and the fourth region from the light emitting element 10 side.
  • the first region 11a has an irregular atomic arrangement compared to the second region 11b.
  • the third region 20a has an irregular atomic arrangement compared to the fourth region 20b. is there. Then, the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 are joined by directly joining the first region 11a and the third region 20a.
  • the “first region 11 a” is a region that is in direct contact with the wavelength conversion member 20 in the light emitting element 10.
  • the “second region 11b” is a region adjacent to (directly in contact with) the “first region 11a” of the light emitting element 10.
  • the “third region 20 a” is a region that is in direct contact with the light emitting element 10 in the wavelength conversion member 20.
  • the “fourth region 20 b” is a region adjacent to the “third region 20 a” in the wavelength conversion member 20.
  • the first region 11a having an irregular atomic arrangement as compared with the second region 11b and the third region 20a having an irregular atomic sequence as compared with the fourth region 20b are directly in contact with each other.
  • the junction interface X is formed, and the second region 11b and the fourth region 20b are separated from the junction interface X, respectively.
  • the first region 11a and the second region 11b are adjacent to each other, but the first region and the second region have the same composition and are different between different members. In the case of being adjacent to each other, it is not the first region and the second region as referred to in the present invention.
  • the semiconductor layer is not the first region and the sapphire substrate is not the second region.
  • the first region 11a and the second region 11b are originally one member having the same composition, but a part of the member is the first region.
  • the other part of the member is referred to as a second region. Whether or not it is a part of a certain member can be determined by, for example, cross-sectional observation at the atomic level with a high-resolution transmission electron microscope or compositional comparison by elemental analysis.
  • the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 can be firmly joined.
  • the first region 11a and the third region 20a can be integrated to absorb the strain between them.
  • the first region 11a and the third region 20a can be integrated to absorb the strain between them.
  • the strain can be effectively absorbed, and as a result, the bonding strength is improved.
  • the irregularity is high (preferably, when the amorphous state is in a non-equilibrium metastable state)
  • the anisotropy due to the crystal structure becomes small, and the brittleness caused by the anisotropy, It is thought that the “weak” structure does not exist and the bonding strength can be increased.
  • the thermal expansion due to the resin is relatively large, thereby causing distortion at each interface.
  • the light-emitting device of this embodiment since it is not necessary to interpose resin, it is considered that the light-emitting device is connected more firmly.
  • the distortion of the bonding interface X is relaxed by the first region 11a and the third region 20a, it is possible to make it difficult to generate stress in the phosphor near the bonding interface X.
  • the wavelength conversion member 20 includes a phosphor, stress is likely to occur due to heat generation of the phosphor itself.
  • stress occurs in the phosphor, for example, the half-value width of the emission spectrum of the phosphor is widened, and the luminous flux value of the phosphor can be lowered, which is not preferable.
  • the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 are directly joined, compared to the case where the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 are connected with an adhesive made of a resin having poor thermal conductivity, The heat generated in the wavelength conversion member 20 can be effectively released to the light emitting element 10 side. Thereby, the distortion which arises in the joining interface X can be reduced more.
  • the number of interfaces where light is reflected (or totally reflected depending on the incident angle) can be reduced to one, and the light emitting device as a whole.
  • Light extraction can be improved.
  • an adhesive made of resin is interposed between the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20
  • there are a total of two interfaces an interface between the light emitting element and the adhesive and an interface between the wavelength conversion member and the adhesive. Exists.
  • the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 are directly joined, there is only one interface (the interface between the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20). Therefore, compared with the former, the latter can reduce light loss.
  • the reflectance at the interface becomes high because of a large difference in refractive index between the inorganic material that directs the substrate and the resin that is an organic material.
  • One of the first region 11a and the third region 20a is preferably amorphous with higher irregularity, more preferably in an amorphous state in a non-equilibrium metastable state.
  • One (preferably both) of the second region 11b and the fourth region 20b can be preferably polycrystalline or single crystal, more preferably single crystal. Since the second region 11b and / or the fourth region 20b is polycrystalline or single crystal (especially single crystal), it is considered that distortion between the two regions 11b and / or the fourth region 20b is likely to occur. Is.
  • the first region 11a and the third region 20a are provided substantially in the entire region of the bonding interface X.
  • the region where the first region 11a and the third region 20a are directly bonded may be a part of the bonding interface X, and is included in the scope of the present invention as long as the above effect is achieved.
  • each of the first region 11a and the third region 20a is preferably 1 nm to 20 nm, more preferably 2 nm to 10 nm.
  • the light emitting element 10 is not limited and a known one can be used.
  • the light emitting element 10 includes a substrate 11, a semiconductor stacked portion 12 provided on the substrate 11, and a pair of electrodes 13 and 14 provided on the same surface side of the semiconductor stacked portion 12. be able to.
  • the substrate 11 sapphire, GaN or the like can be used.
  • the semiconductor lamination part 12 what laminated
  • the wavelength conversion member 20 side is preferably the observation surface side.
  • the substrate 11 of the light emitting element 10 it is preferable to use aluminum oxide as a support for the wavelength conversion member 20 described later, and to directly bond sapphire and aluminum oxide. That is, the first region 11a and the second region 11b are provided in sapphire, the third region 20a and the fourth region 20b are provided in aluminum oxide, and the first region 11a and the third region 20a are provided. Direct bonding is preferred.
  • a bonded substrate such as Si is bonded on the semiconductor laminated portion, and then the original substrate is removed, and the bonded substrate and the wavelength are bonded.
  • the conversion member can also be joined.
  • the semiconductor laminate and the wavelength conversion member can be joined regardless of the presence or absence of the substrate.
  • the support is not limited and a known one can be used.
  • aluminum oxide, aluminum nitride, YAG (it does not emit light because it does not contain an activator), and yttrium oxide can be used.
  • the phosphor preferably has a matrix and an activator, and the support is preferably the same material as the matrix.
  • the refractive index difference between the phosphor and the support can be substantially eliminated.
  • produces in fluorescent substance can be reduced by making a support body and a base material into the same material.
  • a so-called YAG-based phosphor using YAG (not emitting light because it does not contain an activator) as the support, and cerium as the activator and YAG as the base material can be used as the phosphor.
  • the method for manufacturing a light emitting device includes a light emitting element preparation step for preparing the light emitting element 10 (see FIG. 3A (a)), and a wavelength for preparing the wavelength conversion member 20.
  • a conversion member preparation step (see FIG. 3A (b)), a bonding step of bonding the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 by a surface activated bonding method (see FIGS. 3B and C), To do.
  • the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 can be firmly joined. It is considered that the first region 11a and the third region 20a are formed by the sputter etching, and both are integrated to absorb the distortion between the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 (see FIG. 2). . Details are as described above, and are omitted here.
  • the wavelength conversion member 20 may be divided into individual elements, or after being divided into individual light emitting elements, the wavelength conversion member 20 may be bonded to each light emitting element by a surface activated bonding method.
  • the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 are bonded by the surface activation bonding method, the following advantages are obtained when the light emitting element 10 is not a wafer but is cut individually (this specification). Then, not only the individually cut wafers but also the wafers in the previous state are called “light emitting elements”). In other words, light emitting elements formed on a wafer usually have different characteristics such as peak wavelength and output depending on the position on the wafer where the element is formed.
  • the light emitting elements are obtained by individually cutting the wafer, the same or similar characteristics are selected and grouped, and the wavelength conversion member 20 having the optimum wavelength conversion characteristics is combined according to the characteristics of the light emitting elements belonging to the group. Can be joined.
  • a specific method for example, a plurality of light emitting elements having characteristics similar to one adhesive sheet are arranged (first step), and the individual light emitting elements arranged on the adhesive sheet and one wavelength conversion member are arranged.
  • second step the pressure-sensitive adhesive sheet is removed (third step), and the wavelength conversion member is cut to become individual light emitting devices as necessary (fourth step).
  • the range of the surface activation bonding method is preferably 0 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, More preferably, it is 0 degreeC or more and 100 degrees C or less, More preferably, it is 0 degreeC or more and 50 degrees C or less. Thereby, it can join firmly, without impairing the characteristic of a light emitting element.
  • Each of the bonding surfaces of the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 can have a surface roughness (Ra) of preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, and even more preferably 1 nm or less. Thereby, the light emitting element 10 and the wavelength conversion member 20 can be joined easily and firmly.
  • the surface activated bonding method glass (including phosphor) is difficult to bond to the sapphire substrate of the light emitting element. Therefore, aluminum oxide can be formed on the glass surface as a bonding member by sputtering or the like, and the aluminum oxide and the sapphire substrate can be bonded by the surface activation bonding method.
  • the wavelength conversion member 20 is composed of a phosphor, a support (glass), and a joining member (aluminum oxide), and the joining member (aluminum oxide) is connected to the third region and the fourth region from the light emitting element side.
  • the third region has an irregular atomic arrangement as compared with the fourth region.
  • Each layer made of a nitride semiconductor was grown on the sapphire substrate 11 to form the semiconductor stacked portion 12.
  • An n electrode 13 and a p electrode 14 were formed on a predetermined part of the semiconductor stacked portion 12.
  • the wafer-like sapphire substrate was ground to reduce the thickness of the sapphire substrate to about 85 microns. Further, the scratch marks of the polishing were removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and the surface was smoothed so that Ra was 1 nm or less.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • the individual light emitting elements 10 were evaluated for characteristics such as voltage, wavelength, and leakage, and sorted into groups having the same characteristics based on the results.
  • the light emitting elements 10 of each group were arranged on the adhesive sheet so that the distance between the light emitting elements was 200 microns.
  • the wavelength conversion member 20 of the present embodiment is composed of sapphire (support) including YAG (phosphor).
  • the wavelength conversion member 20 is ground and polished to a desired thickness in accordance with the chromaticity of the white LED (light emitting device) to be obtained.
  • polishing and CMP are performed in order to further smooth one surface serving as a bonding surface.
  • the sapphire part is convex and the YAG part is concave due to the difference in polishing rate, but the step between both is made 10 nm or less.
  • the surface roughness of YAG and sapphire at the joint surface was set so that Ra was 2 nm or less.
  • a plurality of light emitting elements 10 placed on the pressure-sensitive adhesive sheet are arranged on the upper part of the bonding chamber so that the sapphire substrate 11 serving as a bonding surface is on the lower side.
  • the wavelength conversion member 20 was disposed at the lower part of the bonding chamber so that the bonding surface was on the upper side.
  • a plurality of light-emitting elements 10 arranged on one wavelength conversion member 20 were separated by dicing to obtain individual light-emitting devices.
  • One of the light-emitting devices was flip-chip mounted on an electrode-wiring substrate, and the top surface of the wavelength conversion member 20 serving as a light-emitting surface was removed and covered with a white resin in which titania particles were diffused in a silicone resin.
  • the die shear strength test that the die shear strength (bonding strength) was improved about twice as compared with the comparative example. Furthermore, it was confirmed that the luminous flux was improved by about 10% compared with the comparative example.
  • the light emitting device can be used for, for example, a lighting device or a display device.

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Abstract

　発光素子と波長変換部材間の接合強度が強い発光装置を提供する。　その発光装置は、発光素子と波長変換部材とが接合された発光装置であり、特に、発光素子は波長変換部材側から第１領域と第２領域とを有し、波長変換部材は発光素子側から第３領域と第４領域とを有し、第１領域は第２領域と比較して原子配列が不規則であり、第３領域は第４領域と比較して原子配列が不規則であり、第１領域と第３領域とが直接接合されている。

Description

発光装置及びその製造方法
　本発明は、発光素子と波長変換部材とが接合された発光装置及びその製造方法に関する。
　従来から、発光素子となるＬＥＤチップからの光と波長変換部材となる蛍光体からの光とを組み合わせて混色発光が可能な発光装置が提案されている。例えば、特許文献１には、サファイアからなる「成長基板」上にＧａＮからなる「核生成層」を成長させ、「核生成層」と「セラミック蛍光体」とを高温高圧で接合することが記載されている。
特開２００６－３５２０８５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された発光装置は、サファイアからなる「成長基板」とＧａＮからなる「核生成層」とを熱圧着しただけであり、両者間の接合強度が弱いという問題があった。接合強度が弱いと、例えば使用中に両者が剥離してしまい好ましくない。
　そこで本発明は、発光素子と波長変換部材との接合強度の強い発光装置を提供することを目的の１つとする。
　本発明に係る一態様の発光装置は、発光素子と波長変換部材とが接合された発光装置である。特に、発光素子は波長変換部材側から第１領域と第２領域とを有し、波長変換部材は発光素子側から第３領域と第４領域とを有し、第１領域は第２領域と比較して原子配列が不規則であり、第３領域は第４領域と比較して原子配列が不規則であり、第１領域と第３領域とが直接接合されていることを特徴とする。
　また、本発明の一態様では、前記発光素子は、前記第１領域と前記第２領域とを有する基板と、前記基板に形成された半導体積層部と、を含み、
　前記波長変換部材は、前記第３領域と前記第４領域とを有する支持体と、前記支持体に含有された蛍光体と、を有する。
　さらに、本発明の一態様では、前記基板はサファイアからなり、前記支持体は酸化アルミニウムからなる。
　本発明に係る一態様の発光装置の製造方法は、発光素子を準備する発光素子準備工程と、波長変換部材を準備する波長変換部材準備工程と、表面活性化接合法により発光素子と波長変換部材とを接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
　発光素子はサファイアからなる基板と基板に形成された半導体積層部とを有し、波長変換部材は酸化アルミニウムからなる支持体と支持体に含有された蛍光体とを有し、接合工程において、基板と支持体とを接合することが好ましい。
　以上の本発明によれば、発光素子と波長変換部材との接合強度の強い発光装置を提供することができる。
本件発明に係る一発光装置の断面を説明するための図である。 図１の破線部分の拡大図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法において、発光素子１０を準備する発光素子準備工程に係る断面図であり、（ｂ）は、波長変換部材２０を準備する波長変換部材準備工程に係る断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法において、接合面を活性化する工程に係る断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法における接合工程に係る断面図である。
　以下に本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに説明を簡略化するために、同一もしくは同質の構成要件については同一の符号を付しており、その都度の説明は省略してある。
　本実施の形態に係る発光装置は、発光素子１０と波長変換部材２０とが接合されてなる。図１は、実施の形態に係る発光装置の発光観測面に垂直をなす方向における断面図であり、図２は図１の破線部分の拡大図である。本実施の形態に係る発光装置において、発光素子１０は、図１に示すように、例えば、サファイアからなる基板１１と基板１１上に形成された半導体積層部１２と半導体積層部１２の上に形成されたｐ電極１３及びｎ電極１４とを有してなる。また、波長変換部材２０はベースとなる基板（支持体）とその基板に含有された蛍光体からなる。
　この実施の形態では、発光素子１０の基板１１が波長変換部材２０側から第１領域１１ａと第２領域１１ｂとを有し、波長変換部材２０が発光素子１０側から第３領域２０ａと第４領域２０ｂとを有する。基板１１において、第１領域１１ａは第２領域１１ｂと比較して原子配列が不規則であり、波長変換部材２０において、第３領域２０ａは第４領域２０ｂと比較して原子配列が不規則である。そして、第１領域１１ａと第３領域２０ａとが直接接合されることにより、発光素子１０と波長変換部材２０とが接合されている。
　以上のように、本明細書において、「第１領域１１ａ」は、発光素子１０において、波長変換部材２０に直接接している領域である。また、「第２領域１１ｂ」は、発光素子１０における「第１領域１１ａ」に隣接する（直接接する）領域である。同様に、「第３領域２０ａ」は、波長変換部材２０において、発光素子１０に直接接している領域である。また、「第４領域２０ｂ」は、波長変換部材２０における「第３領域２０ａ」に隣接する領域である。
　このように、第２領域１１ｂと比較して原子配列が不規則な第１領域１１ａと、第４領域２０ｂと比較して原子配列が不規則な第３領域２０ａとが直接接して接合されて、接合界面Ｘが形成され、第２領域１１ｂと第４領域２０ｂとがそれぞれ接合界面Ｘから離れている。
　本発明において、第１領域１１ａ及び第２領域１１ｂ（第３領域２０ａ及び第４領域２０ｂ）は互いに隣接するが、第１領域及び第２領域は同一組成を有しており、異なる部材間で隣接するような場合は本願発明でいうところの第１領域及び第２領域ではない。具体的には、サファイア基板とそれに隣接する半導体層とを有する発光素子において、半導体層を第１領域としサファイア基板を第２領域ということはない。つまり、本明細書における第１領域１１ａ及び第２領域１１ｂ（第３領域２０ａ及び第４領域２０ｂ）は、本来１つの同一組成の１つの部材であるが、その部材の一部を第１領域といい、その部材のうち他の一部を第２領域という。ある部材の一部であるか否かは、例えば、高分解能透過電子顕微鏡による原子レベルでの断面観察や元素分析による組成の対比により判断することができる。
　これにより、発光素子１０と波長変換部材２０とを強固に接合することができる。その理由は明らかではないが、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａが一体となって両者間の歪みを吸収することができるためと考えられる。例えば、発光素子１０と波長変換部材２０とを熱圧着にて直接接合させる場合、格子定数差や熱膨張係数差により両者に歪みが生じる。したがって、熱接合により両者間の接合強度を強くしようとしても限界がある。しかし、接合界面Ｘに隣接する第１領域１１ａ及び第３領域２０ａをそれぞれ第２領域１１ｂ及び第４領域２０ｂよりも原子配列を不規則にすることにより、格子定数差、熱膨張係数差等による歪みを効果的に吸収することができ、その結果、接合強度が向上するものと考えられる。また、不規則性が高いと（好ましくは非平衡準安定状態のアモルファス状態になると）、結晶構造による異方性が小さくなって異方性に起因したもろさや結晶構造や格子欠陥のような「弱い」構造が存在しないようになり、接合強度を強くできると考えられる。
　また、例えば、樹脂からなる接着剤を介して発光素子１０と波長変換部材２０とを接合する場合、樹脂による熱膨張は比較的大きいのでそれにより各界面に歪が生じてしまう。しかし、本実施の形態の発光装置では、樹脂を介在させる必要がないため、より強固に接続されるものと考えられる。
　さらに、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａにより接合界面Ｘの歪が緩和されることにより、接合界面Ｘ近傍の蛍光体に応力を発生させ難くすることができる。波長変換部材２０は蛍光体を有するため、蛍光体そのものの発熱に起因して応力が生じやすい。蛍光体に応力が生じると、例えば蛍光体の発光スペクトルの半値幅が広がり蛍光体の光束値が低下しうるので、好ましくない。しかし、本実施の形態によれば、歪による蛍光体への悪影響を軽減することができる。
　本発明では、発光素子１０と波長変換部材２０とを直接接合しているので、発光素子１０と波長変換部材２０とを熱伝導率の悪い樹脂からなる接着剤で接続する場合に比較して、波長変換部材２０で生じた熱を発光素子１０側に効果的に逃がすこともできる。これにより接合界面Ｘに生じる歪をより軽減することができる。
　さらに、発光素子１０と波長変換部材２０とを直接接合することで、光が反射（又は入射角によっては全反射）する界面の数を最小限の１つにすることができ、発光装置全体として光の取り出しを向上させることができる。例えば、発光素子１０と波長変換部材２０との間に樹脂からなる接着剤が介在する場合は、合計２つの界面（発光素子と接着剤との界面、波長変換部材と接着剤との界面）が存在する。一方、発光素子１０と波長変換部材２０とが直接接合される場合は、１つの界面（発光素子１０と波長変換部材２０との界面）が存在するだけである。よって、前者に比較して、後者は光の損失を軽減することができる。また、樹脂からなる接着剤を用いた場合には、基板を向性する無機材料と有機材料である樹脂の間の屈折率差が大きいために界面における反射率が高くなる。これに対して、本発明では、発光素子の一部を構成する基板１１と波長変換部材２０の間の屈折率差を小さくすることが可能であり、界面における反射を小さくできる。
　第１領域１１ａと第３領域２０ａの一方、好ましくは両方は、より不規則性の高い非晶質（アモルファス）であることが好ましく、より好ましくは非平衡準安定状態のアモルファス状態とする。これにより、発光素子１０と波長変換部材２０との間の歪をより効果的に抑制することができ、結晶構造による異方性をより小さくでき、結晶構造や格子欠陥が存在をしないようにでき、より接合強度を強くできる。
　第２領域１１ｂと第４領域２０ｂの一方（好ましくは両方）は、好ましくは多結晶又は単結晶、より好ましくは単結晶とすることができる。第２領域１１ｂ及び／又は第４領域２０ｂが多結晶又は単結晶（特に単結晶）であることにより両者間の歪は生じやすいと考えられるので、このような場合に本実施の形態は特に効果的である。
　歪緩和の観点から、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａは、実質的に接合界面Ｘの全域に設けられていることが好ましい。しかし、本発明では、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａが直接接合されている領域が接合界面Ｘの一部であってもよく、上記効果を奏する限り、本願発明の範囲に含まれる。
　第１領域１１ａ及び第３領域２０ａの厚さはそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。これにより、歪みを緩和する効果を十分に得ることができるので接合強度を強くすることができる。さらに、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａの原子配列を不規則にすると光取出しに悪影響を及ぼす虞もあるが、上記範囲とすることで、光が減衰する部分の厚さを十分に薄くすることができるので、光の損失を軽減することができる。
　本実施の形態に係る発光装置において、発光素子１０は限定されず公知のものを用いることができる。例えば図１に示すように、発光素子１０は、基板１１と、基板１１上に設けられた半導体積層部１２と、半導体積層部１２の同一面側に設けられた一対の電極１３及び１４を有することができる。基板１１としては、サファイア、ＧａＮ等を用いることができる。半導体積層部１２としては、複数の窒化物半導体層（ＡｌＩｎＧａＮ）が積層されたもの等を用いることができる。光取出しの観点から、波長変換部材２０側を観測面側とすることが好ましい。
　発光素子１０の基板１１としてサファイアを用いる場合、後に説明する波長変換部材２０の支持体を酸化アルミニウムとし、サファイアと酸化アルミニウムとを直接接合することが好ましい。つまり、サファイアには第１領域１１ａ及び第２領域１１ｂが設けられており、酸化アルミニウムには第３領域２０ａ及び第４領域２０ｂが設けられており、第１領域１１ａと第３領域２０ａとが直接接合されていることが好ましい。
　これにより、基板と支持体の構成元素を同一とすることができるので、両者の接合強度をより大きくすることができる。さらに、基板と支持体との屈折率を実質的に同一とすることができるので、その界面における光の全反射を軽減させ、発光装置としての光の取り出しを向上させることができる。支持体を構成する酸化アルミニウムの結晶構造に係らず、上記効果は得られるが、酸化アルミニウムの結晶構造は、好ましくは多結晶又は単結晶、より好ましくは単結晶（サファイア）とすることができる。これにより、サファイアからなる基板と構造が近くなる又は同一になるので、上記効果が得られやすい。
　他の変形例として、発光素子１０として、基板上に半導体積層部を形成した後、半導体積層部上にＳｉ等の張り合わせ基板を貼り合わせ、その後に元の基板を除去し、貼り合せ基板と波長変換部材とを接合することもできる。さらに、基板の有無に係らず、半導体積層部と波長変換部材とを接合することもできる。半導体積層部と波長変換部材とを接合する場合、波長変換部材に接合される半導体積層部の最も外側の１つの半導体層が波長変換部材側から第１領域と第２領域とを有するものとなり、その第１領域が第２領域と比較して原子配列が不規則なものとなる。
　本実施の形態に係る発光装置において、波長変換部材２０は、発光素子１０からの光を異なる波長分布の光に変換できるものであればよく、その材料は限定されず、公知のものを用いることができる。波長変換部材２０は、蛍光体そのものでもよいし、蛍光体とそれを支持する支持体とを含むこともできる。波長変換部材２０が蛍光体と支持体とからなる場合、例えば、一方向凝固法により形成した蛍光体及び支持体の共晶体を波長変換部材２０としたり、焼結により蛍光体の粉末及び支持体材料の粉末を一体に形成して波長変換部材２０とすることができる。
　蛍光体は限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。これより、例えば、発光素子１０からの青色発光と、蛍光体からの黄色発光と、の混色で白色発光が可能となる。
　支持体は、限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ＹＡＧ（付活剤を含まないので発光しない）、酸化イットリウムを用いることができる。
　蛍光体は母体と付活剤とを有し、支持体は母体と同一材料であることが好ましい。これにより、蛍光体と支持体との屈折率差を実質的に無くすことができる。その結果、支持体と蛍光体との界面における光の全反射を大幅に軽減することができるので、発光装置全体としての光の取り出し効率を向上させることができる。さらに、支持体と母体を同一材料とすることにより、蛍光体に生じる応力を軽減することができる。例えば、支持体としてＹＡＧ（付活剤を含まないので発光しない）を用い、蛍光体として付活剤をセリウムとし母体をＹＡＧとした所謂ＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。
　図３に示すように、本発明の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子１０を準備する発光素子準備工程と（図３Ａ（ａ）参照）、波長変換部材２０を準備する波長変換部材準備工程と（図３Ａ（ｂ）参照）、表面活性化接合法により、発光素子１０と波長変換部材２０とを接合する接合工程と（図３Ｂ及びＣ参照）、を有することを特徴とする。
　本明細書において、「表面活性化接合法」とは、発光素子１０及び波長変換部材２０の接合面をイオンビームやプラズマなどでスパッタエッチングを行い、両接合面を活性化させた後に、その接合面にて発光素子１０及び波長変換部材２０を直接接合することをいう。
　これにより、発光素子１０と波長変換部材２０とを強固に接合することができる。スパッタエッチングにより、第１領域１１ａ及び第３領域２０ａが形成され、両者が一体となって発光素子１０と波長変換部材２０との間の歪みを吸収するためであると考えられる（図２参照）。詳細は前述のとおりなので、ここでは省略する。
　一般的に、発光素子は、例えば、サファイアからなる円柱状のインゴットを薄くスライスした円盤状のウエハ上に、複数の半導体積層部１２を形成した後、個々の発光素子ごとに分割することにより作製される。本発明において、表面活性化接合法により、発光素子１０と波長変換部材２０とを接合する場合、発光素子に分割する前に、複数の半導体積層部１２が形成されたウエハと波長変換部材２０とを接合した後、個々の素子に分割するようにしてもよいし、個々の発光素子に分割した後それぞれの発光素子に表面活性化接合法により、波長変換部材２０を接合するようにしてもよい。しかしながら、表面活性化接合法により、発光素子１０と波長変換部材２０とを接合する場合、発光素子１０はウエハでなく個々に切断されたものを用いると次のような利点がある（本明細書では、個々に切断されたものだけでなく、その前の状態であるウエハも「発光素子」という。）。つまり、通常、ウエハ上に形成された発光素子は、その素子が形成されたウエハ上の位置によってピーク波長や出力等の特性が異なる。しかし、ウエハを個々に切断した発光素子であれば同一又は類似した特性のものを選択してグループ化し、グループに属する発光素子の特性に応じて最適な波長変換特性を有する波長変換部材２０を組み合わせて接合することが可能になる。具体的な方法としては、例えば、１枚の粘着シートに類似した特性を有する複数の発光素子を配置し（第１工程）、粘着シートに配置された個々の発光素子と１枚の波長変換部材とを表面活性化接合法により接合し（第２工程）、粘着シートを除去し（第３工程）、必要に応じて個々の発光装置となるように波長変換部材を切断する（第４工程）。
　また、発光素子を加熱すると電極や発光層が劣化する虞があるが、表面活性化接合法は必ずしも加熱することを要しない。よって、発光素子の特性を損なうことなく発光素子１０と波長変換部材２０とを接合することができる。電極の材料及び構成や半導体積層部の材料及び構成にもよるが、表面活性化接合法の実施温度の範囲としては、好ましくは０℃以上３００度以下、より好ましくは０℃以上２００度以下、さらに好ましくは０℃以上１００℃以下、さらに好ましくは０℃以上５０℃以下とすることができる。これにより、発光素子の特性を損なうことなく強固に接合することができる。
　発光素子１０及び波長変換部材２０の接合面はそれぞれ、表面粗さ（Ｒａ）を、好ましくは１０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下とすることができる。これにより、発光素子１０及び波長変換部材２０を容易且つ強固に接合することができる。
　発光素子１０の接合面及び／又は波長変換部材２０の接合面の材料や状態によっては、表面活性化接合法により両者を接合し難い場合もある。その場合であっても、発光素子１０と波長変換部材の一方又は両方に、他方と接合可能な接合部材を形成することで、両者を接合することができる。例えば、表面活性化接合法ではガラス（蛍光体を含む）は発光素子のサファイア基板と接合し難い。そこで、ガラス表面に接合部材として酸化アルミニウムをスパッタなどで形成し、酸化アルミニウムとサファイア基板とを表活性化接合法により接合することができる。この場合、波長変換部材２０は、蛍光体、支持体（ガラス）及び接合部材（酸化アルミニウム）から構成されることになり、接合部材（酸化アルミニウム）が発光素子側から、第３領域と第４領域とを有し、その第３領域が第４領域と比較して原子配列が不規則なものとなっている。
　（発光素子１０）
　サファイア基板１１上に、窒化物半導体からなる各層を成長させ、半導体積層部１２を形成した。半導体積層部１２の所定の一部にｎ電極１３及びｐ電極１４を形成した。ウエハ状であるサファイア基板を研削し、サファイア基板の厚みを８５ミクロン程度まで薄くした。
　更に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて研磨のスクラッチ痕を削り取り、かつ、Ｒａが１ｎｍ以下となるように表面を平滑にした。このようにして得られたウエハ状の発光素子をスクライブにて切り出し、個々の発光素子１０とした。本実施例では、平面視において縦１ｍｍ横１ｍｍの大きさの発光素子１０とした。
　個々の発光素子１０について、電圧、波長、リーク等の特性評価を行い、その結果に基づいて同一特性のグループに選別した。それぞれのグループの発光素子１０を発光素子間が２００ミクロンとなるようにして粘着シートに配置した。
　（波長変換部材２０）
　一方向凝固法により形成した波長変換部材２０を準備した。本実施例の波長変換部材２０はＹＡＧ（蛍光体）を含むサファイア（支持体）から構成される。得たい白色ＬＥＤ（発光装置）の色度に合わせて、波長変換部材２０を研削及び研磨して所望の厚さにする。次に、接合面となる一面を更に平滑にする為に、研磨及びＣＭＰを行う。このとき、研磨レートの差によりサファイア部が凸、YAG部が凹になるが、両者の段差が１０ｎｍ以下となるようにした。接合面におけるＹＡＧ及びサファイアの表面粗さはそれぞれ、Ｒａが２ｎｍ以下となるようにした。
　（表面活性化接合）
　接合チャンバの上部に、接合面となるサファイア基板１１が下側になるように粘着シートに載置された複数の発光素子１０を配置した。接合チャンバの下部に、接合面が上側になるように波長変換部材２０を配置した。
　接合チャンバ内を８．０×１０－６Ｐａ以下となるように真空引きした。その後、二台の高速イオンビーム（ＦＡＢ：ｆａｓｔ　ａｔｏｍ　ｂｅａｍ）ガンにより、Ａｒイオンを、上下それぞれのサンプルに照射した。Ａｒを流量４０ｓｃｃｍで、１００ｍＡの加速電流で１８０秒照射した。その後、３０秒以内の短い時間で上下のサンプルを接合した。この時、サンプルに０．２Ｎ／ｍｍ２以上の圧力を３０秒かけた。接合されたサンプルを接合チャンバから取り出し、そのサンプルから粘着シートを取り除いた。
　（チップ化等）
　１枚の波長変換部材２０上に配列した複数の発光素子１０をダイシングにて分離し、個々の発光装置とした。発光装置の一つを電極配線された基板にフリップチップ実装し、発光面となる波長変換部材２０の上面を除き、シリコーン樹脂にチタニア粒子を拡散した白樹脂で覆った。
　本実施例で得られた発光装置は、ダイシェア強度試験により、比較例に比較してダイシェア強度（接合強度）が約２倍に向上したことを確認した。さらに、比較例と比較して光束が約１０％向上したことを確認した。
比較例
　発光素子のサファイア基板と波長変換部材とをシリコーン樹脂よりなる接着材を介して接合した以外は実施例１と同様の構造の発光装置を作製した。
　本発明の一実施形態に係る発光装置は、例えば、照明装置や表示装置などに利用することができる。
１０・・・発光素子
１１・・・基板
１１ａ・・・第１領域
１１ｂ・・・第２領域
１２・・・半導体積層部
１３・・・ｐ電極
１４・・・ｎ電極
２０・・・波長変換部材
２０ａ・・・第３領域
２０ｂ・・・第４領域

Claims (5)

  1. 　発光素子と波長変換部材とが接合された発光装置であって、
    　前記発光素子は、前記波長変換部材側から、第１領域と第２領域とを有し、
    　前記波長変換部材は、前記発光素子側から、第３領域と第４領域とを有し、
    　前記第１領域は、前記第２領域と比較して、原子配列が不規則であり、
    　前記第３領域は、前記第４領域と比較して、原子配列が不規則であり、
    　前記第１領域と前記第３領域とが直接接合されていることを特徴とする発光装置。
  2. 　前記発光素子は、前記第１領域と前記第２領域とを有する基板と、前記基板に形成された半導体積層部と、を含み、
    　前記波長変換部材は、前記第３領域と前記第４領域とを有する支持体と、前記支持体に含有された蛍光体と、を有する請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記基板はサファイアからなり、前記支持体は酸化アルミニウムからなる請求項２に記載の発光装置。
  4. 　発光素子を準備する発光素子準備工程と、
    　波長変換部材を準備する波長変換部材準備工程と、
    　表面活性化接合法により、前記発光素子と前記波長変換部材とを接合する接合工程と、
    を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  5. 　前記発光素子は、サファイアからなる基板と、前記基板に形成された半導体積層部と、を有し、
    　前記波長変換部材は、酸化アルミニウムからなる支持体と、前記支持体に含有された蛍光体と、を有し、
    　前記接合工程において、前記基板と前記支持体とを接合することを特徴とする請求項４に記載の発光装置の製造方法。
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