JP6645486B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、発光装置およびその製造方法に関する。

従来、例えば車両等に搭載するヘッドライト用途として、複数の発光素子が配列された発光装置が提案されている。この発光装置は、複数の発光素子のうち、個別の発光素子やグループ化された複数の発光素子を消灯させることができるように構成されている。この種の発光装置では、点灯している発光素子から隣の消灯している発光素子の側へ漏れる光を低減させる工夫が必要である。そのため、従来の発光装置は、蛍光体のセラミックス板の中に発光素子毎の仕切りとして複数の遮光部を設けている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０８５８９号公報

しかしながら、従来の発光装置では、遮光部が発光素子からの光を吸収するため、輝度が低下する虞がある。さらに、従来の発光装置では、遮光部が、隣り合う発光素子の境界に位置するようにセラミックス板を各発光素子の上に精度よく位置合わせをする必要があるため、発光素子を小型化して密集させると、遮光部の位置合わせが困難となる虞がある。

そこで、本開示に係る実施形態は、より高輝度な発光装置を提供することを課題とする。また、より高輝度な発光装置の製造方法を提供することを課題とする。

本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、多層配線を含む電極構造と、該電極構造に電気的に接続された半導体層と、前記半導体層の成長基板と、を上面側から順に備えたウェハを準備する準備工程と、前記ウェハを支持基板に接合する接合工程と、前記支持基板に接合されたウェハから前記成長基板を除去し、前記半導体層を露出させる露出工程と、前記ウェハの前記半導体層側の表面に溝を形成することで前記半導体層を複数の発光素子に分離する分離工程と、前記複数の発光素子の表面に、溶剤に蛍光体粒子を含有させたスラリーを塗布して塗布膜を形成し、前記塗布膜中の溶剤を揮発させることで、表面に凹凸を有し前記発光素子の表面を覆う蛍光体層を形成する形成工程と、を含む。

本開示の実施形態に係る発光装置は、支持基板と、前記支持基板の上に設けられた電極構造と、前記電極構造の上に配列されて前記電極構造に電気的に接続された複数の発光素子部と、を含む発光素子アレイチップと、前記発光素子アレイチップの表面を直接被覆する蛍光体層と、を備え、前記蛍光体層は表面に凹凸を有し、前記凹凸の凸部における前記蛍光体層の厚みは、前記凹凸の凹部における前記蛍光体層の厚みの２倍以上である。

本開示の実施形態によれば、より高輝度な発光装置が得られる。また、より高輝度な発光装置を簡易に製造することができる。

第１実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す平面図である。 発光素子アレイチップを模式的に示す平面図である。 光取り出し面側から視た発光素子アレイチップの一部を拡大して模式的に示す平面図である。 電極構造側から視た発光素子アレイチップの一部を拡大して模式的に示す平面図である。 図３ＡのIV−IV線における断面を模式的に示す断面図である。 図４のＡ部を拡大して模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法で準備するウェハを模式的に示す断面図である。 ウェハの構造の一例であって、図３ＢのVII−VII線に対応する断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における支持基板接合工程を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における半導体層露出工程を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法における半導体層分離工程を模式的に示す断面図である。 発光素子部の構造の一例であって、図３ＡのIX−IX線に対応する断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法におけるパッド電極形成工程を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係る発光装置の製造方法におけるダイボンディング工程を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る発光装置の発光素子アレイチップを模式的に示す平面図である。 図１１Ａの発光素子アレイチップを駆動する駆動回路の一例を示す回路図である。 第１実施形態に係る発光装置の１発光素子部点灯時における輝度分布を示す図である。

実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置を例示するものであって、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しない。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。

また、実施形態に係る発光装置において、「上」、「下」、「左」および「右」等は、状況に応じて入れ替わるものである。本明細書において、「上」、「下」等は、説明のために参照する図面において構成要素間の相対的な位置を示すものであって、特に断らない限り絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

（第１実施形態）
＜発光装置の構成＞
図１〜図５を参照して第１実施形態に係る発光装置１００の構成を説明する。なお、図４は、図３ＡのIV−IV線の断面図であるが、ここでは図示の便宜上、断面視で３個の発光素子部１４が設けられている部分を模式的に示している。
発光装置１００は、発光素子アレイチップ１８と、発光素子アレイチップ１８の表面を直接被覆する蛍光体層４０と、を備えている。本実施形態では、発光素子アレイチップ１８は、支持基板２０ｄと、支持基板２０ｄの上に設けられた電極構造１７と、電極構造１７の上に配列されて電極構造１７に電気的に接続された複数の発光素子部１４と、を有する。また、蛍光体層４０は、表面に凹凸を有している。この凹凸の凸部における蛍光体層４０の厚みは、凹凸の凹部における蛍光体層４０の厚みの２倍以上である。以下、各構成について順次説明する。

（基体）
本実施形態では、発光素子アレイチップ１８は、２次実装基板としての基体３０に実装されている。基体３０としては、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス等の絶縁性部材で構成される基材が挙げられる。本実施形態では、基体３０は、平面視矩形状に形成されている。

基体３０は、外部電源が接続される端子として、電極端子部３１，３２，３３を備える。
電極端子部３１は、配線Ｗを介して発光素子アレイチップ１８の複数（例えば１０本）の第１配線１７ｎに接続される。
電極端子部３２，３３は、配線Ｗを介して発光素子アレイチップ１８の複数（例えば１０本ずつ）の第２配線１７ｐにそれぞれ接続される。

（発光素子アレイチップ）
＜支持基板＞
支持基板２０ｄは、複数の発光素子部１４を支持するための基板である。複数の発光素子部１４は、電極構造１７、後述する接合層６０などを介して支持基板２０ｄに貼り合わせられている。
支持基板２０ｄの具体例としては、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓなどからなる半導体、Ｃｕ，Ｇｅ，Ｎｉなどの金属、あるいは、Ｃｕ−Ｗなどの複合材料からなる導電性部材を挙げることができる。

＜発光素子部＞
本実施形態では、発光素子アレイチップ１８は、支持基板２０ｄ上に複数、例えば２００個の発光素子部１４を備えている。
発光素子部１４としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるのが好ましい。発光ダイオードは、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光ダイオードとしては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）、ＧａＰを用いたものを用いることができる。

発光素子部１４は、支持基板２０ｄ側から順に第２半導体層、発光層および第１半導体層を備える。図３Ｂに示すように、発光素子部１４は、第１半導体層に電気的に接続された第１電極１６ｎと、第２半導体層に電気的に接続された第２電極１６ｐと、を備えている。第１電極１６ｎと第２電極１６ｐとは、発光素子部１４の同一面側に配置されている。

第１電極１６ｎは、第１半導体層に対して電流を供給するための電極である。第１電極１６ｎとしては、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、およびＡｌ合金から選択された少なくとも一種を用いて形成することが好ましい。第２電極１６ｐは、第２半導体層に対して電流を供給するための電極である。第２電極１６ｐは、第２半導体層に電流を均一に拡散させるための全面電極および反射膜としても機能するものである。第２電極１６ｐは、例えばＡｇまたはＡｇ合金を含む金属膜により形成することができる。

発光素子部１４における半導体層１２の厚みは薄いことが好ましい。発光素子部１４における半導体層１２の厚みをより薄くすることで、発光素子部１４の側面から横方向への光の伝搬が抑制される。このため、複数の発光素子部１４が密集した状態であっても、発光部（つまり点灯する発光素子部）と非発光部（つまり消灯する発光素子部）との輝度差をより明確とすることができる。具体的には、発光素子部１４における半導体層１２の厚みは１〜１０μｍ、発光素子部１４間の間隔は３〜２５μｍである。

＜電極構造＞
電極構造１７は、図２に示すように、複数の第１配線１７ｎと、複数の第２配線１７ｐと、配線間絶縁膜１７ｂと、を備えている。電極構造１７は、第１配線１７ｎと第２配線１７ｐが配線間絶縁膜１７ｂを介して縦方向（半導体層の積層方向）に積層された、いわゆる多層配線構造を含む。第１配線１７ｎは、複数の発光素子部１４の第１電極１６ｎに電気的に接続されている。第２配線１７ｐは、複数の発光素子部１４の第２電極１６ｐに電気的に接続されている。第１配線１７ｎや第２配線１７ｐは、例えばＡｕにより形成することができる。

図２および図４に示すように、配線間絶縁膜１７ｂは、第１配線１７ｎと第２配線１７ｐとの間や、発光素子部１４の第１電極１６ｎ及び第２電極１６ｐと第１配線１７ｎ及び第２配線１７ｐとの間等を絶縁するために設けられている。配線間絶縁膜１７ｂは、例えばＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＳｉＯＣ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮなどで構成することができる。

発光素子アレイチップ１８は、パッシブマトリックス方式で駆動される。第１配線１７ｎと第２配線１７ｐは平面視で互いに直交して縦横に配列されている。第１配線１７ｎと第２配線１７ｐとが交差する箇所と、マトリクス状に配置される複数の発光素子部１４とが平面視でオーバーラップするように配置される。これにより、第１配線１７ｎと第２配線１７ｐとの交差する箇所に配列された発光素子部１４を個別に点灯させることができる。発光素子部１４の一辺のサイズは、例えば１５０μｍであり、好ましくは１００μｍ以下である。複数の発光素子部１４の第１電極１６ｎおよび第２電極１６ｐは、電極構造１７の配線間絶縁膜１７ｂに適宜設けられた孔を介して、第１配線１７ｎおよび第２配線１７ｐと、それぞれ電気的に接続されている。

＜接合層＞
本実施形態では、電極構造１７と支持基板２０ｄとの間に接合層６０が設けられている。接合層６０を設けることにより、電極構造１７側の表面が平坦化されて、支持基板２０ｄへの貼り合わせが容易となる。接合層６０は、例えばＳｉＯ_２等の絶縁膜やＡｌ等の金属膜で形成される。

（蛍光体層）
図４および図５に示すように、発光装置１００は、発光素子アレイチップ１８の光取り出し面である上面を被覆する蛍光体層４０を備える。蛍光体層４０は、例えば、透光性の樹脂と蛍光体の粒子とを含有している。
透光性の樹脂の屈折率は例えば１．３０〜１．５０である。これにより、蛍光体粒子と透光性の樹脂との界面における光散乱が大きくなり、また空気との屈折率差が小さく光取り出しも良いため好ましい。そのような樹脂としては、例えば、フェニルシリコーン樹脂やジメチルシリコーン樹脂等を挙げることができる。

蛍光体としては、この分野で用いられる蛍光体を適宜選択することができる。例えば、青色発光素子または紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）、ユウロピウムおよび／またはクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（例えばＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２：Ｅｕ）、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ）、β サイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）、ＳＣＡＳＮ系蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体等が挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子または紫外線発光素子と組み合わせることにより、所望の発光色の発光装置（例えば白色系の発光装置）を製造することができる。白色に発光可能な発光装置１００とする場合、蛍光体層４０に含有される蛍光体の種類、濃度によって白色となるよう調整される。樹脂を含む溶媒に添加される蛍光体の濃度は、例えば、５〜５０質量％程度である。

蛍光体層４０は薄層であることが好ましく、蛍光体層４０の平均的な厚みは例えば５０μｍ以下であることが好ましい。このように薄い蛍光体層４０とすることで、面内方向に対し、物理的に経路が狭くなり、また散乱が大きくなるために光は伝播しにくくなる。これにより、発光素子部１４を個別に点灯させた際に、点灯している発光素子部１４から隣の消灯している発光素子部１４への光の伝搬を抑制して、輝度を高めることができる。蛍光体層４０が含有する蛍光体粒子は、平均粒径が蛍光体層４０の平均的な厚みよりも小さいことが好ましく、例えば１〜３０μｍである。蛍光体粒子の平均粒径は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバー（Fisher Sub Sieve Sizer's No.）と呼ばれる数値であり、空気透過法を用いて測定される。また、蛍光体粒子の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて撮影された断面観察像から求めることもできる。
このように、薄い蛍光体層４０が複数の発光素子部１４の上面（つまり第１半導体層側の表面）を直接被覆することにより、蛍光体層４０を仕切る遮光部を設けなくても、蛍光体層４０内における横方向への光の伝搬を抑制することができる。つまり、遮光部により輝度が低下することがないため、より高輝度な発光装置とすることができる。

蛍光体層４０は、表面が平坦でもよいが、図５に示すように、表面に凹凸を有していることが好ましい。発光装置１００の発光面である蛍光体層４０の表面を凹凸差が大きい形状とすることで、蛍光体層４０の屈折率（つまり透光性の樹脂の屈折率）と空気との屈折率差により横方向への光の伝播をさらに抑えることができる。これは、樹脂の屈折率が空気の屈折率よりも大きく、凹凸の凹の部分に存在する空気に入射する光の散乱が大きくなるからである。また、凹の部分においては、面内方向に対し物理的により経路が狭くなり、面内方向への光がより伝搬しにくくなる。つまり、蛍光体層４０の表面に凹凸が存在することで、面内方向への光の伝搬がより抑えられた蛍光体層とすることができる。ここで、凹凸が大きい形状とは、凹凸の凹部における蛍光体層４０の厚み以上の厚みの差を有する凹凸のことをいう。具体的には、任意の領域において、凹凸の凸部における蛍光体層４０の厚みが凹凸の凹部における蛍光体層４０の厚みの２倍以上である凹凸表面のことをいう。ここで、任意の領域としては、例えば発光素子アレイチップ１８を構成する少なくとも１つの発光素子部１４内の局所領域を挙げることができる。また、凹凸の凸部における蛍光体層４０の厚みとは、例えば図５に示す局所的な蛍光体層４０の高さＨ_Tのことをいう。さらに、凹凸の凹部における蛍光体層４０の厚みとは、同様に図５に示す局所的な蛍光体層４０の高さＨ_Bのことをいう。
なお、蛍光体層４０の厚みは、例えば蛍光体層４０の任意の領域において顕微鏡による断面観察を行い、得られた画像から蛍光体層４０の厚みを測定することにより求めることができる。
また、蛍光体層４０が表面に凹凸を有する場合、蛍光体層４０の平均的な厚みは５０μｍ以下であることが好ましく、凸部における蛍光体層４０の厚みが５０μｍ以下であることがより好ましい。蛍光体層４０の平均的な厚みは、例えば少なくとも1つの発光素子部１４を含む局所領域の断面観察画像における蛍光体層４０の厚みを測定することにより求めることができる。

［発光装置の製造方法］
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について図６〜図１０Ｂを参照して説明する。本実施形態の発光装置１００の製造方法は、ウェハ準備工程と、ウェハ接合工程と、半導体層露出工程と、半導体層分離工程と、蛍光体層形成工程と、を含み、この順に行う。また、本実施形態では、半導体層分離工程の後、かつ、蛍光体層形成工程の前に、パッド電極形成工程と、チップ個片化工程と、チップ実装工程とを行っている。なお、各部材の材質や配置等については、前記した発光装置１００の説明で述べた通りであるので、ここでは適宜、説明を省略する。

（ウェハ準備工程）
ウェハ準備工程は、多層配線を含む電極構造１７と、該電極構造１７に電気的に接続された半導体層１２と、半導体層１２の成長基板１１と、を上面側から順に備えたウェハ１０を準備する工程である。本実施形態では、図６に示すように、第１配線１７ｎと第２配線１７ｐとが上下方向に積層された多層配線を含む電極構造１７を形成したウェハ１０を準備する。なお、ここでは図示の便宜上、図４の断面図に相当する部分だけを図示している。

ウェハ１０は、サファイアなどからなる成長基板１１と、半導体層１２と、電極構造１７と、接合層６０とを備えている。電極構造１７の多層配線は、当該分野で公知の方法を利用して形成することができる。例えば、第１配線１７ｎおよび第２配線１７ｐは、蒸着、スパッタリング、電解めっき、無電解めっき等で形成することができる。所望の電極形状への加工は、フォトリソグラフィおよび印刷等により形成されたマスクを用いて、エッチング、リフトオフ等により形成することができる。

半導体層１２は、図７に示すように、第１半導体層１２ｎ、発光層１２ａおよび第２半導体層１２ｐを成長基板１１側から順に備えている。図７は、ウェハの構造の一例であって、図３ＢのVII−VII線に対応する断面図である。ここで、図７の左から右に向かう方向は、図３ＢのVII−VII線上の位置Ｂ１から一点鎖線で示すような経路を介して位置Ｂ２に向かう方向に一致している。図７に示すように、ウェハ１０は、半導体層１２の、成長基板１１と反対側の面に、第１半導体層１２ｎに電気的に接続された第１電極１６ｎと、第２半導体層１２ｐに電気的に接続された第２電極１６ｐと、を備えている。また、第１電極１６ｎは第１配線１７ｎに、第２電極１６ｐは第２配線１７ｐに、それぞれ電気的に接続されている。

また、図７に示す例では、配線間絶縁膜１７ｂは、半導体層１２の側から順に、絶縁膜１７ｂ１と、絶縁膜１７ｂ２と、絶縁膜１７ｂ３と、絶縁膜１７ｂ４と、を備えている。
絶縁膜１７ｂ１は、第２電極１６ｐ上に開口を有し、第２半導体層１２ｐの上面を覆うように設けられている。
絶縁膜１７ｂ２は、第１半導体層１２ｎ上に開口を有し、絶縁膜１７ｂ１の上面を覆うように設けられている。
絶縁膜１７ｂ３は、第１配線１７ｎと絶縁膜１７ｂ２を覆うように設けられている。
絶縁膜１７ｂ４は、第２配線１７ｐと絶縁膜１７ｂ３を覆うように設けられている。この絶縁膜１７ｂ４は、後に素子分離される溝部の底にあたる部分にエッチストップ層として設けられている。各絶縁膜は、例えばＳｉＮやＳｉＯ_２により形成される。

（ウェハ接合工程）
ウェハ接合工程は、ウェハ１０を支持基板２０に接合する工程である。このとき、多層配線上には接合層６０やその他の金属層があってもよい。また、表面活性化接合などの方法で直接接合されていてもよい。このウェハ接合工程では、図８Ａに示すように、接合層６０と支持基板２０とが対向するように、ウェハ１０を支持基板２０に接合する。なお、支持基板２０は、本工程までに、予め準備しておくものとする。

（半導体層露出工程）
半導体層露出工程は、支持基板２０に接合されたウェハ１０から成長基板１１を除去し、半導体層１２を露出させる工程である。なお、図８Ｂは、成長基板１１を剥離した後、ウェハ１０を裏返した状態を示している。この半導体層露出工程は、例えばレーザリフトオフ法により、サファイアなどからなる成長基板１１側からレーザー光を照射して、成長基板１１と半導体層１２（より詳細には第１半導体層１２ｎ）との界面を分解し、成長基板１１を剥離する。なお、成長基板１１の剥離は、例えばケミカルリフトオフ法などの他の方法で剥離するようにしてもよい。

（半導体層分離工程）
半導体層分離工程は、ウェハ１０の、半導体層１２の成長基板１１が除去された側の表面に溝１３を形成することで半導体層１２を複数の発光素子部１４に分離する工程である。図８Ｃに示すように、上面側（つまり第１半導体層側）から、発光素子部１４間の境界となる領域に例えばレーザー光を照射して、半導体層１２を貫通し、電極構造１７まで達する溝１３を形成する。平面視において、溝１３は、第１配線１７ｎと第２配線１７ｐに平行に縦横に形成されている。

このとき、半導体層１２の厚みが例えば１０μｍ以下程度であれば、半導体層１２を一度に削って溝１３を形成してもよいが、より深く削るような場合、溝を細く形成することが難しくなる。そのため、予め、研磨やエッチバック法などで半導体層１２の厚みを薄くしておいてもよい。例えば全面をレーザー光で５μｍほど削った後、レジストによって溝パターンを形成し残り５μｍほどをエッチングするなどしてもよい。

その後、例えば、エッチング液としてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ水溶液、エチレンジアミン・ピロカテコールなど用いたウェットエッチング、あるいはドライエッチングにより、図９に示すように、発光素子部１４における第１半導体層１２ｎの上面を粗面化して、微細な凹凸形状を形成してもよい。

図９は、発光素子部１４の構造の一例であって、図３ＡのIX−IX線に対応する断面図である。ここで、図９の左から右に向かう方向は、図３ＡのIX−IX線上の位置Ａ１から一点鎖線で示すような経路を介して位置Ａ２に向かう方向に一致している。

（パッド電極形成工程）
パッド電極形成工程は、ウェハ１０に形成された溝１３の底面であって電極構造１７の表面の一部に、第１配線１７ｎまたは第２配線１７ｐに電気的に接続された複数のパッド電極１９を形成する工程である。このパッド電極形成工程では、例えば、ドライエッチングなどによりパッド電極１９を形成する領域を被覆する配線間絶縁膜１７ｂの一部を除去することで、図９に示すように、第１配線１７ｎの一部と第２配線１７ｐの一部とを露出させる。その後、スパッタリングなどにより所定の金属材料など用いて、図１０Ａに示すように、電極構造１７の所定の領域にパッド電極１９を形成する。

（チップ個片化工程）
チップ個片化工程は、支持基板２０に接合されたウェハ１０を、複数の発光素子部１４および複数のパッド電極１９を含む領域毎に個片化することで複数の発光素子アレイチップ１８を形成する工程である。この個片化は、例えばダイシング法、スクライブ法、レーザスクライブ法などにより行うことができる。

（チップ実装工程）
チップ実装工程では、個片化された発光素子アレイチップ１８をパッケージや基体の上に実装する。具体的には、図１０Ｂに示すように、基体３０の上に発光素子アレイチップ１８を実装し、発光素子アレイチップ１８に形成されている複数のパッド電極１９を、電極端子部３１や電極端子部３２，３３（図１参照）にワイヤボンディングする。なお、チップ個片化前に支持基板２０の裏面側に接着層を形成しておいてもよい。

（蛍光体層形成工程）
蛍光体層形成工程は、複数の発光素子部１４の表面に、溶剤に蛍光体粒子を含有させたスラリーを塗布することにより、複数の発光素子部１４における半導体層１２の表面を一括して覆う蛍光体層４０を形成する工程である。蛍光体層４０は薄層であることが好ましく、蛍光体層４０の平均的な厚みは例えば５０μｍ以下であることが好ましい。このように、蛍光体層４０を薄膜に形成することにより、蛍光体層４０を仕切る遮光部を設けなくても、蛍光体層４０内における横方向への光の伝搬を抑制することができる。つまり、蛍光体層形成工程において、遮光部の位置合わせが必要ないため、より高輝度な発光装置を簡易に形成することができる。

蛍光体層形成工程では、溶剤に透光性の樹脂と蛍光体の粒子とを含有させたスラリーを調整し、スプレー塗布法、スピンコート法、スクリーン印刷法などの塗布法により、発光素子アレイチップ１８上に塗布膜を形成する。なかでも、精度の高い膜厚で、かつ、高速に塗布膜を形成できるため、スプレー塗布法を用いることが好ましい。また、スプレーをパルス状に、すなわち間欠的に噴射させる塗布法であるパルススプレー法が、より高精度な膜厚で塗布膜を形成できるため、さらに好ましい。パルススプレー法では、噴射量を少なくすることができるため、１回のスプレー塗布による塗布量を低減して塗布膜を薄く形成することができる。その後、塗布膜中の溶剤を揮発させることにより、図４に示すように表面に凹凸形状を有する蛍光体層４０が形成される。

蛍光体層４０を形成する透光性の樹脂としては、例えば、フェニルシリコーン樹脂やジメチルシリコーン樹脂等を挙げることができる。溶剤の種類は、樹脂の種類に応じて適宜選択される。

また、発光装置のコントラストを向上させるために、蛍光体層は、薄く高濃度な蛍光体層とすることが好ましい。ここで、高濃度とは、蛍光体と樹脂との重量比で例えば１：１〜２：１であることを意味する。なお、スラリーには、蛍光体と樹脂以外にも溶媒等が含まれている。

また、表面に凹凸を有する蛍光体層４０は、例えば以下のスプレー塗布条件によって形成することができる。
一例として、スラリーが、重量比で、蛍光体の粒子をａ、バインダーとしての樹脂をｂ、溶剤をｃ、アエロジルをｄ、の各割合で配合したものであるものとする。なお、アエロジルは、スラリーにおいて蛍光体の粒子が沈降することを防止してスラリーの安定性を確保するための添加物である。
この場合、ａ：ｂ：ｃ：ｄ＝１５：１０：２５：１として配合することができる。
例えば、ＹＡＧ蛍光体とフェニルシリコーン樹脂を用いる場合、溶剤として炭酸ジメチルを用いて上記配合とすると、略平坦な２０μｍほどの蛍光体層を形成することができる。

また、ＹＡＧ蛍光体とジメチルシリコーン樹脂を用いる場合、溶剤としてｎ−ヘプタンを用いて上記配合とすると、蛍光体層４０の表面に、高さＨ_Bが約１０μｍの部分と、高さＨ_Tが約４０μｍの部分を有する凹凸を形成することができる。
このとき、蛍光体の粒子の濃度を下げ、例えばａ：ｂ：ｃ：ｄ＝１０：１０：２５：１として配合すると、蛍光体層４０の表面において、高さＨ_Bと高さＨ_Tとの差を小さくすることができる。
一方、蛍光体の粒子の濃度を上げ、例えばａ：ｂ：ｃ：ｄ＝２０：１０：２５：１として配合すると、蛍光体層４０の表面において、高さＨ_Bと高さＨ_Tとの差を大きくすることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る発光装置について、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して説明する。本実施形態に係る発光装置は、図１１Ａに示すように、発光素子アレイチップ１８Ｂとして、支持基板２１上に複数の発光素子部１４を備えると共に、図１１Ｂに示す駆動回路５０を有している。

この例では、発光素子アレイチップ１８Ｂは、３行×３列の２次元マトリクス状に配置された発光素子部１４であるＬＥＤを備えている。
第１行目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、アノード端子（第２電極１６ｐ）が第２配線１７ｐにそれぞれ接続されており、この第２配線１７ｐはスイッチＴｒ１に接続されている。
第２行目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、アノード端子（第２電極１６ｐ）が第２配線１７ｐにそれぞれ接続されており、この第２配線１７ｐはスイッチＴｒ２に接続されている。
第３行目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、アノード端子（第２電極１６ｐ）が第２配線１７ｐにそれぞれ接続されており、この第２配線１７ｐはスイッチＴｒ３に接続されている。

スイッチＴｒ１〜Ｔｒ３は、第２配線１７ｐと電圧源Ｖを接続するためのスイッチで、制御回路５１によりＯＮまたはＯＦＦされる。スイッチＴｒ１〜Ｔｒ３としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子が利用できる。

第１列目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、カソード端子（第１電極１６ｎ）が第１配線１７ｎにそれぞれ接続されており、この第１配線１７ｎはスイッチＴｒ４に接続されている。
第２列目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、カソード端子（第１電極１６ｎ）が第１配線１７ｎにそれぞれ接続されており、この第１配線１７ｎはスイッチＴｒ５に接続されている。
第３列目の各ＬＥＤ（発光素子部１４）は、カソード端子（第１電極１６ｎ）が第１配線１７ｎにそれぞれ接続されており、この第１配線１７ｎはスイッチＴｒ６に接続されている。

スイッチＴｒ４〜Ｔｒ６は、第１配線１７ｎとＧＮＤを接続するためのスイッチで、制御回路５１によりＯＮまたはＯＦＦされる。スイッチＴｒ４〜Ｔｒ６としては、例えばバイポーラトランジスタが利用できる。

本実施形態においても、発光素子部１４における半導体層１２が直接的に薄い蛍光体層４０で被覆されていることで、発光装置において点灯している発光素子部１４から隣の消灯している発光素子部１４の側へ漏れる光を抑制しつつ輝度を高めることができる。また、このように輝度を高めた発光装置を簡易に製造することができる。
また、本実施形態に係る発光装置は、駆動回路５０によって、複数の発光素子部１４を個別に駆動することができるので、ＡＤＢ（配光可変ヘッドランプ）等へ好適に利用できる。

本開示に係る発光装置の性能を確かめるために、以下の実験を行った。
まず、第１実施形態に係る発光装置１００と同様の発光装置（以下、実施例という）を以下の条件で製造した。

（発光装置の形状および材料）
発光素子アレイチップ１８の１つの発光素子部１４（一発光区画）の一辺のサイズ：１５０μｍ
発光素子部１４の厚み：５μｍ
発光素子部１４の個数：２００個
発光素子部１４：青色ＬＥＤ（ＧａＮ系半導体発光素子）
蛍光体層の厚み：１０〜４０μｍ

（スラリーの成分）
スラリーは、重量比で、蛍光体の粒子をａ、バインダーとしての樹脂をｂ、溶剤をｃ、アエロジルをｄ、の各割合で、以下のように配合した。
ａ：ｂ：ｃ：ｄ＝１５：１０：２５：１
スプレーに用いたスラリー
透光性の樹脂：ジメチルシリコーン樹脂（屈折率１．４１）
蛍光体：ＹＡＧ系蛍光体
溶剤：ｎ−ヘプタン

＜実験＞
実施例と比較するために、蛍光体層４０を形成する前の発光装置（以下、比較例１という）を製造した。また、比較例１の発光装置の上面に、蛍光体層の代わりに厚みが約７０μｍのＹＡＧ蛍光体板を接着した発光装置（以下、比較例２という）を製造した。
各発光装置について、発光素子アレイチップ１８の１発光素子部を点灯させて残りの発光素子部を消灯させた状態で輝度分布を測定した。

測定結果を図１２に示す。図１２のグラフにおいて、横軸は、点灯させた発光素子部の中心からの距離で表した位置［ｍｍ］を示している。縦軸は、点灯させた発光素子部の最大輝度を１００としたときの相対輝度［％］を示している。矢印の範囲Ｗ１は、点灯する発光素子部１４のサイズを表している。一点鎖線は比較例１、破線は比較例２、実線は実施例を示す。

比較例１は、輝度分布が最も急峻になることを確認した。なお、比較例１で点灯させた発光素子部の中心の輝度が落ち込んでいるのは、第１電極を配置するために発光層の一部を除去しているためである。
一方、比較例２は、ＹＡＧ蛍光体板の影響で光が横方向に拡散するので、輝度分布が広がった分布を呈している。

これに対して、実施例は、図１２に矢印の範囲Ｗ２で示すように、隣接２セル目で、最大輝度の１／２００の輝度値を達成できた。つまり、実施例では、点灯させた発光素子部にとって隣の隣の発光素子部において、充分暗くなっていることを確認できた。これは、実施例は、薄い蛍光体層４０によって、光が散乱し、横方向への伝播を抑制した結果であると考えられる。以上、実施例は、コントラストについての性能が比較例２に比べて大きく改善でき、比較例１に近い結果を実現できることを確認した。

１００ 発光装置
１０ ウェハ
１１ 成長基板
１２ 半導体層
１２ａ 発光層
１２ｎ 第１半導体層
１２ｐ 第２半導体層
１３ 溝
１４ 発光素子部
１６ｎ 第１電極
１６ｐ 第２電極
１７ 電極構造
１７ｂ 配線間絶縁膜
１７ｎ 第１配線
１７ｐ 第２配線
１８，１８Ｂ 発光素子アレイチップ
２０，２０ｄ，２１ 支持基板
３０ 基体
４０ 蛍光体層
５０ 駆動回路
７１ 第２の溝

Claims (9)

1. 多層配線を含む電極構造と、該電極構造に電気的に接続された半導体層と、前記半導体層の成長基板と、を上面側から順に備えたウェハを準備する準備工程と、
   前記ウェハを支持基板に接合する接合工程と、
   前記支持基板に接合されたウェハから前記成長基板を除去し、前記半導体層を露出させる露出工程と、
   前記ウェハの前記半導体層側の表面に溝を形成することで前記半導体層を複数の発光素子に分離する分離工程と、
   前記複数の発光素子の表面に、溶剤に蛍光体粒子を含有させたスラリーを塗布して塗布膜を形成し、前記塗布膜中の溶剤を揮発させることで、表面に凹凸を有し前記発光素子の表面を覆う蛍光体層を形成する形成工程と、
   を含み、
   前記蛍光体層は、少なくとも１つの前記発光素子内の領域において前記凹凸を複数有し、かつ平均的な厚みが５０μｍ以下であり、
   前記凹凸の凸部に前記蛍光体粒子を含むと共に前記凹凸の凹部に前記蛍光体粒子を含み、前記凹凸の凸部における前記蛍光体層の厚みは、前記凹凸の凹部における前記蛍光体層の厚みの２倍以上である発光装置の製造方法。
2. 前記蛍光体層を形成する形成工程は、パルススプレー法により、溶剤に透光性の樹脂と蛍光体の粒子とを含有させたスラリーのスプレーを噴射して塗布膜を形成し、前記塗布膜中の溶剤を揮発させることで前記蛍光体層を形成する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記樹脂の屈折率は１．３０〜１．５０である、請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記蛍光体層を形成する形成工程は、溶剤にｎ−ヘプタンを用い、ジメチルシリコーン樹脂と蛍光体の粒子とを含有させたスラリーのスプレーを噴射する請求項３に記載の発光装置の製造方法。
5. 支持基板と、前記支持基板の上に設けられた電極構造と、前記電極構造の上に配列されて前記電極構造に電気的に接続された複数の発光素子部と、を含む発光素子アレイチップと、
   前記発光素子アレイチップの表面を直接被覆する蛍光体層と、を備え、
   前記蛍光体層は、
   前記発光素子アレイチップを構成する少なくとも１つの前記発光素子部内の領域において表面に不規則な複数の凹凸を有し、かつ平均的な厚みが５０μｍ以下であり、
   前記凹凸の凸部に蛍光体粒子を含むと共に前記凹凸の凹部に前記蛍光体粒子を含み、前記凹凸の凸部における前記蛍光体層の厚みは、前記凹凸の凹部における前記蛍光体層の厚みの２倍以上である発光装置。
6. 前記複数の発光素子部を個別に駆動するための駆動回路を有する請求項５に記載の発光装置。
7. 前記発光素子部の半導体層の厚みは１〜１０μｍである請求項５または請求項６に記載の発光装置。
8. 前記蛍光体層は、透光性の樹脂と蛍光体の粒子とを含有し、
   前記樹脂の屈折率は１．３０〜１．５０である請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記蛍光体層が含有する蛍光体粒子の平均粒径は１〜３０μｍである請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の発光装置。

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