CN104733588B

CN104733588B - 发光芯片

Info

Publication number: CN104733588B
Application number: CN201410771657.8A
Authority: CN
Inventors: 冈村卓
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2018-09-11
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: US20150179885A1; TW201533932A; TWI632706B; US9202980B2; JP6255235B2; CN104733588A; JP2015119123A

Abstract

本发明提供发光芯片，其具有能够提高光的取出效率的新的结构。本发明的发光芯片(12)具备：器件芯片(14)，其在正面(14a)具备蓝宝石基板(141)和形成于蓝宝石基板的正面(141a)的发光层；和透明部件(15)，其借助透过来自发光层的出射光的树脂粘结于蓝宝石基板的背面(141b)。透明部件透过来自发光层的出射光。在透明部件的与器件芯片抵接的抵接面(15a)，形成有在透明部件的侧面(15c)和抵接面露出的槽(16)。槽的槽宽比器件芯片的1个边的长度小。

Description

发光芯片

技术领域

本发明涉及具备形成有发光层的器件芯片的发光芯片。

背景技术

包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)、LD(Laser Diode，激光二极管)等的发光器件被实用化。这些发光器件通常具备发光芯片，该发光芯片具有形成有发光层的器件芯片，所述发光层通过施加电压来放出光。关于所述器件芯片的制造，首先在晶体生长用基板上的由格子状的分割预定线划分出的各区域，使外延层(结晶层)生长来作为发光层。然后，沿着分割预定线分割晶体生长用基板将其单片化，由此形成一个个发光芯片用的器件芯片。

在发光芯片中，在射出绿色或蓝色的光的发光层为InGaN类的器件芯片中，对于晶体生长用基板一般使用蓝宝石，在该蓝宝石基板上依次使n型GaN半导体层、InGaN发光层、p型GaN半导体层外延生长。然后，在n型GaN半导体层和p型GaN半导体层分别形成外部取出用电极。

将所述器件芯片的背面侧(蓝宝石基板侧)固定于导线架，并利用透镜部件覆盖器件芯片的正面侧(发光层侧)，由此形成发光二极管。在这样的发光二极管中，辉度的提高是重要的课题，并且至今为止，也提出了各种用于提高光的取出效率的方法(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平4-10670号公报

然而，通过电压的施加而在发光层产生的光主要从包含发光层的层叠体的2个主面(正面及背面)放出。例如，从层叠体的正面(透镜部件侧的主面)放出的光通过透镜部件等被取出到发光二极管的外部。另一方面，从层叠体的背面(蓝宝石基板侧的主面)放出的光在蓝宝石基板中传播，其一部分在蓝宝石基板与导线架的界面等处反射并返回层叠体。

例如，以切削时的加工性提高等为目的而对器件芯片使用薄的蓝宝石基板时，层叠体的背面、与蓝宝石基板和导线架的界面之间的距离变短。在该情况下，与蓝宝石基板较厚的情况相比，在蓝宝石基板和导线架的界面处反射并返回层叠体的光的比例变高。由于层叠体吸收光，所以若这样地返回层叠体的光的比例变高，则发光二极管的光的取出效率会降低。

发明内容

本发明是鉴于上述方面而完成的，其目的在于提供能够提高光的取出效率的发光芯片。

本发明的发光芯片的特征在于，其具备：器件芯片，其在正面具备发光层；和透明部件，其借助具有透光性的树脂粘结于器件芯片的背面，并且透明部件透过从发光层射出的光，在透明部件的与器件芯片抵接的抵接面，形成有在透明部件的侧面和抵接面露出的槽，槽的槽宽比器件芯片的长边侧的1个边的长度小。

根据该结构，在粘结于器件芯片的背面的透明部件的与器件芯片抵接的抵接面形成槽，因此能够使槽的内部空间的折射率比透明部件的折射率小，与向透明部件入射的光相比，能够增大向槽入射的光发生全反射的角度。由此，能够将透过透明部件反射并返回发光层的光的比例抑制得较低，能够增大从器件芯片发出的光的比例，能够提高光的取出效率。而且，能够在向槽的入射时及出射时发生光的散射，能够增大从透明部件的侧面发出的光的比例。

并且，在本发明的发光芯片中，槽形成为抵接面的20％～50％的去除面积比例为宜。根据该去除面积比例，能够提高发光芯片的辉度，能够良好地维持器件芯片与透明部件间的安装稳定性。

并且，在本发明的发光芯片中，槽呈十字形状形成于透明部件的抵接面为宜。根据该结构，能够更好地提高光的取出效率。

并且，在本发明的发光芯片中，关于该器件芯片，可以在蓝宝石基板上层叠由GaN半导体层形成的发光层。根据该结构，在放出蓝色或绿色的光的发光芯片中，能够提高光的取出效率。并且，即使减薄蓝宝石基板，也能够与透明部件的厚度对应地，使反射光向从发光层离开的位置入射，因此能够在不使光的取出效率降低的情况下使用薄的蓝宝石基板，能够维持薄的晶体生长用基板的加工性。

根据本发明，能够提供可提高光的取出效率的新的结构的发光芯片。

附图说明

图1是示意地示出实施方式的发光二极管的结构例的立体图。

图2是示出上述发光二极管的放出光的情形的剖视示意图。

图3是具有上述发光二极管的透明部件的概略立体图。

图4是示出比较结构的发光二极管的放出光的情形的剖视示意图。

图5是实施例1～7及比较例的透明部件的俯视图。

图6是示出比较例、实施例1～7的辉度提高率的测定结果的曲线图。

标号说明

1：发光二极管；

12：发光芯片；

14：器件芯片；

141：蓝宝石基板；

15：透明部件；

15a：抵接面；

15c：侧面；

16：槽。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是示意地示出实施方式的发光二极管的结构例的立体图，图2是示出从实施方式的发光二极管的发光芯片放出光的情形的剖视示意图。如图1所示，发光二极管1具备成为基部的导线架(lead frame)11、和支承固定于导线架11的发光芯片12。

导线架11利用金属等材料形成为圆柱状，在相当于一个主面的背面侧设有具有导电性的2根导线部件111a、111b。导线部件111a、111b彼此绝缘，并且分别作为发光二极管1的正极、负极发挥功能。该导线部件111a、111b通过配线(未图示)等与外部电源(未图示)连接。

在导线架11的相当于另一主面的正面11a隔开规定的间隔地配置有彼此绝缘的2个连接端子112a、112b。连接端子112a和导线部件111a在导线架11的内部连接。并且，连接端子112b和导线部件111b在导线架11的内部连接。因此，连接端子112a、112b的电位分别是与导线部件111a、111b的电位相等的程度。

发光芯片12配置在导线架11的正面11a上，而且配置在连接端子112a和连接端子112b之间。如图2所示，发光芯片12具有器件芯片14和与该器件芯片14的背面14b粘结的透明部件15。器件芯片14具备平面形状为矩形的蓝宝石基板141、和设于蓝宝石基板141的正面141a的层叠体142。层叠体142包括使用GaN类的半导体材料形成的多个半导体层(GaN半导体层)。

通过使电子为多数载流子的n型半导体层(例如，n型GaN层)、成为发光层的半导体层(例如，InGaN层)、以及空穴为多数载流子的p型半导体层(例如，p型GaN层)依次外延生长来形成层叠体142。并且，在蓝宝石基板141形成有2个电极(未图示)，它们分别与n型半导体层及p型半导体层连接，并对层叠体142施加电压。另外，这些电极也可以包含于层叠体142。

透明部件15由蓝宝石基板形成，并构成为能够透过从发光层射出的光。透明部件15优选具有与蓝宝石基板141相等或以上的厚度。透明部件15的正面成为与器件芯片14的背面14b抵接的抵接面15a，抵接面15a和器件芯片14的背面14b通过树脂(未图示)进行粘结。该树脂由透过从发光层射出的光的片粘合剂等透明树脂材料形成。透明部件15的背面15b借助与上述树脂相同的树脂(未图示)粘结于导线架11的正面11a。

透明部件15的抵接面15a及背面15b的外形形状在俯视时分别形成为与器件芯片14大致相同的矩形，并被配置成彼此平行。透明部件15具备将抵接面15a及背面15b的各四边连结起来4个侧面15c。各侧面15c以与抵接面15a及背面15b垂直的方式形成。

图3是从上方观察透明部件的概略立体图。如图3所示，在透明部件15的抵接面15a形成有槽16，在本实施方式中，槽16呈十字状形成有2个。具体地，各槽16与形成抵接面15a的四边平行地延伸，并形成为相互垂直。各槽16的延伸方向两端分别位于形成抵接面15a的四边的中央并敞开，由此，各槽16的延伸方向两端在透明部件15的侧面15c露出。另外，各槽16以从上方去除抵接面15a的方式形成，从而在透明部件15的抵接面15a也露出。

槽16的槽宽w形成为比器件芯片14的形成四边的长边侧的1个边14c的长度小。并且，形成有槽16的区域相对于透明部件15的抵接面15a的全部面积的比例(以下，称为“去除面积比例”)优选设定为大约20％～50％。另外，槽16不限于呈十字状的2个，也可以省略2个槽16中的1个而在抵接面15a仅形成1个槽，或者隔开规定间隔地平行地形成2个槽。并且，只要槽宽w比器件芯片14的1个边14c的长度小，且在透明部件15的抵接面15a及侧面15c露出，则可以形成3个以上的槽16，也可以将交叉的2个槽16的角度形成为直角以外的角度。

回到图1，设于导线架11的2个连接端子112a、112b分别经由具有导电性的导线17a、17b而与发光芯片12的2个电极连接。由此，与导线部件111a、111b连接的电源的电压被施加于层叠体142(参照图2)。当对层叠体142施加电压时，向成为发光层的半导体层，流入来自n型半导体层的电子，同时流入来自p型半导体层的空穴。其结果为，在成为发光层的半导体层中发生电子和空穴的再结合，从而放出规定波长的光。在本实施方式中，使用GaN类的半导体材料形成成为发光层的半导体层，因此放出与GaN类的半导体材料的能带隙对应的蓝色或绿色的光。

在导线架11的正面11a侧的外周缘安装有覆盖器件芯片14的正面14a侧的圆顶状的透镜部件18。透镜部件18由具有规定的折射率的透明树脂等材料形成，并且使从器件芯片14的层叠体142射出的光弯折，并向发光二极管1的外部的规定方向导出。这样，从器件芯片14射出的光通过透镜部件18被取出到发光二极管1的外部。

接下来，对于实施方式的发光二极管1的辉度改善效果，参照图4的比较结构的发光二极管进行说明。图4是示出从用于与实施方式进行比较的比较结构的发光二极管的发光芯片放出光的情形的剖视示意图。比较结构的发光二极管除了透明部件15的形状改变这一点之外，具备与实施方式的发光二极管1共同的结构。即，在比较结构的发光芯片22中，器件芯片24粘结于透明部件25的抵接面25a，该器件芯片24具备平面形状为矩形的蓝宝石基板241、和设于蓝宝石基板241的正面241a的层叠体242。而且，在透明部件25的抵接面25a未形成有如实施方式所示的槽16，而是形成为与背面25b平行的平面状。

如图2所示，在实施方式的发光芯片12中，由成为发光层的半导体层产生的光主要从层叠体142的正面142a(即，发光芯片14的正面14a)及背面142b放出。从层叠体142的正面142a放出的光(例如，光路A1)如上所述地，通过透镜部件18(参照图1)等被取出到发光二极管1的外部。另一方面，例如，从层叠体142的背面142b射出并在光路A2中传播的光向蓝宝石基板141和在槽16内形成的空气层的界面、即器件芯片14的背面14b入射，并被全反射(光路A3)。在光路A3中传播的光向蓝宝石基板141的侧面入射，并向外部放出。

与此相对，如图4所示，比较结构的发光芯片22的光路B1、B2与实施方式的发光芯片12的光路A1、A2相同。但是，实施方式中的光路A3借助槽16在器件芯片14的背面14b发生全反射，而比较结构中的光路B3则是向透明部件25侧透过。在光路B3中传播的光在导线架11的正面11a被反射(光路B4)。在光路B4中传播的光在透明部件25的侧面25c和空气层的界面被全反射(光路B5)。被全反射而在光路B5中传播的光透过透明部件25后透过蓝宝石基板241，入射到层叠体242并被吸收，因此无法取出到外部。

如上所述，根据实施方式的发光二极管1，使槽16的内部空间的折射率比透明部件15的折射率小，与向透明部件15入射的光相比，能够增大向槽16入射的光发生全反射的角度大。因此，能够将与从层叠体142朝向槽16射出并与光路A2相同地传播的光以与光路A3相同的方式取出到外部。由此，与光路A2相同地传播的光同与比较结构的光路B2相同地传播的光相比，能够增加在器件芯片14的背面14b发生全反射的光的比例。其结果为，能够减小在透明部件15等的内部重复反射并返回层叠体142的光的比例，增大从蓝宝石基板141射出的光的比例，能够提高光的取出效率，实现辉度的提高。并且，在本实施方式中，能够使从层叠体142射出并与光路A2相同地传播的光在槽16中散射，使该光的一部分在蓝宝石基板141和透明部件15中传播并取出到外部，由此，也能够将返回层叠体142的光的比例抑制得较低。

另外，蓝宝石基板较硬而不容易加工，因此期望使用薄的蓝宝石基板来提高加工性。在上述发光二极管1中，即使减薄蓝宝石基板141也能够利用透明部件15将光的取出效率维持得较高。即，不需要为了维持光的取出效率而加厚蓝宝石基板141，牺牲加工性。

接下来，对为了确认上述实施方式的发光二极管的辉度改善效果而进行的实验进行说明。在本实验中，作为实施例1～7及比较例，制作具有图5所示的结构的透明部件15、35的发光二极管。实施例1的发光二极管，除了变更了槽16的形态这一点之外，是与上述实施方式的发光二极管1(参照图1)相同的结构，将透明部件15和器件芯片14粘结起来的透光性树脂(未图示)使用透过光的片粘合剂(信越化学制，KER－M2)。器件芯片14的尺寸(纵×横×厚度)为270μm×595μm×150μm。透明部件15使用这样的蓝宝石基板：对应于与器件芯片14相同的尺寸，抵接面15a的面积(纵×横)为270μm×595μm、厚度为150μm。

实施例1的槽16在横向(长边方向)中央部沿纵向(短边方向)延伸地设有1个，并且槽宽w为80μm。实施例2和3变更了实施例1的槽16的槽宽w，使实施例2的槽宽w为160μm，实施例2的槽宽w为300μm。实施例4形成有2个实施例1的槽16，各槽16的槽宽中间点的横向的间隔距离d为200μm。实施例5和实施例6的槽16在纵向中央部沿横向延伸地设有1个，并且实施例5的槽宽w为80μm，实施例6的槽宽w为110μm。实施例7的槽16由实施例1和实施例5的各槽16双方形成而呈十字状。实施例1～7的槽16的深度全部为40μm。比较例省略了实施例1的槽16的形成，将透明部件35的抵接面35a形成为平面状。

在本实验中，对各实施例及比较例的发光二极管的辉度进行了测定。具体地，对从各发光二极管放射的全部的光的强度(能量)的合计值进行测定(总辐射通量测定)，并换算为以未形成槽16的比较例为基准(100％)的辉度提高率。图6是示出测定结果的曲线图。在图6中，纵轴示出各发光二极管的辉度提高率(％)。并且，在图6中，用百分比[％]表示各实施例的去除面积比例。

如图6所示，与成为基准(100％)的比较例相比，在透明部件15形成有槽16的实施例1～7中，辉度都提高，能够提高光的取出效率。特别地，在槽16的去除面积比例为大约20％～50％的实施例5(29.6％)、实施例6(40.7％)、实施例3(50.4％)中，辉度提高率为大约110％，确认了辉度提高这一趋势。并且，去除面积比例在实施例6(40.7％)和实施例7(39.1％)中是近似的值，但实施例7比实施例6的辉度提高率高出4.5％，确认了通过将槽16形成为十字形状能够提高辉度。另外，当槽16的去除面积比例大于50％时，抵接面15a的相对于器件芯片14的背面14b的面积变小，它们间的粘结稳定性容易变得不充分。因此，当综合考虑所述粘结稳定性和辉度提高这两方面时，槽16的去除面积比例为40％左右是最优的。

另外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变更来实施。在上述实施方式中，对于附图所图示的尺寸和形状等，不限定于此，能够在发挥本发明的效果的范围内进行适当变更。此外，只要不脱离本发明的目的的范围，能够进行适当变更来实施。

例如，在上述实施方式中，举例示出使用蓝宝石基板和GaN类半导体材料的器件芯片14，但可以使用GaN基板作为晶体生长用基板等，晶体生长用基板及半导体材料不限定于实施方式。另外，为了提高加工性，减薄蓝宝石基板等晶体生长用基板为宜，但也可以不必减薄晶体生长用基板。

并且，在上述实施方式中，举例示出了依次设置n型半导体层、发光的半导体层以及p型半导体层而成的层叠体142，但层叠体142的结构不限定于此。层叠体142只要至少构成为能够通过电子和空穴的再结合来放出光即可。

并且，器件芯片14也可以是发出红外光的器件芯片(AlGaAs、GaAsP等)，在该情况下，透明部件15由透过红外光的材质形成，由此得到与上述实施方式同样的效果。而且，在器件芯片14发出紫外光，透明部件15由透过紫外光的材质形成的情况下，也能得到与上述实施方式同样的效果。

为了提高具备形成有发光层的器件芯片的发光芯片的光取出效率，本发明是有用的。

Claims

1.一种发光芯片，其特征在于，所述发光芯片具备：

器件芯片，其在正面具备发光层；和

透明部件，其借助透明树脂粘结于该器件芯片的背面，并且该透明部件透过从该发光层射出的光，

在该透明部件的与该器件芯片抵接的抵接面，形成有在该透明部件的侧面和该抵接面露出的槽，该槽的槽宽比该器件芯片的长边侧的1个边的长度小，并且该槽的内部空间的折射率比该透明部件的折射率小。

2.根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，

该槽形成为该抵接面的20％～50％的去除面积比率。

3.根据权利要求2所述的发光芯片，其特征在于，

该槽呈十字形状形成于该透明部件的该抵接面。

4.根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，

该器件芯片是在蓝宝石基板上层叠由GaN半导体层形成的发光层而构成的。