JP2002335015A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JP2002335015A
JP2002335015A JP2001138982A JP2001138982A JP2002335015A JP 2002335015 A JP2002335015 A JP 2002335015A JP 2001138982 A JP2001138982 A JP 2001138982A JP 2001138982 A JP2001138982 A JP 2001138982A JP 2002335015 A JP2002335015 A JP 2002335015A
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semiconductor light
led chip
gap
chip
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Tadahiro Okazaki
忠宏 岡崎
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の発光色を得ることができる半導体発光素
子を提供する。複数の半導体発光チップによる複数の発
光色が充分に混合される半導体発光素子を提供する 【解決手段】外部接続用電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂが
設けられた絶縁基板１のほぼ中央部には、サファイア基
板４ａの下面にＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂを形成し
てなるＧａＮ系ＬＥＤチップ４が配置されている。Ｇａ
Ｎ系ＬＥＤチップ４の上面には、透明接着剤８を介し
て、ＧａＰ系化合物半導体基板７ａの上面にＧａＰ系化
合物半導体薄膜７ｂを形成してなるＧａＰ系ＬＥＤチッ
プ７が接合されている。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４に設け
られた電極５Ａ，５ＢおよびＧａＰ系ＬＥＤチップ７に
設けられた電極９Ａ，９Ｂは、外部接続用電極２Ａ，２
Ｂ，３Ａ，３Ｂに接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器の表
示灯などに使われる半導体発光素子に関し、さらに詳し
くは、複数の発光色を得ることができる半導体発光素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードに代表される半導体発光
素子は、ｐｎ接合部に順方向の電圧を印加することによ
り、ｐｎ接合部で電気エネルギーが光のエネルギーへと
変換されて発光する。これらの半導体発光素子において
は、半導体の材料組成や不純物の種類により、様々な発
光色を実現できる。１つの半導体発光素子に異なる発光
色を有する複数の半導体発光チップを組み込むことによ
り、複数の発光色を有する半導体発光素子が得られる。
２つの半導体発光チップの発光色が補色の関係にあると
き、これらの適当な輝度比での同時発光により、見かけ
上白色発光を実現できる。
【０００３】たとえば、半導体発光素子に、青色の発光
色を有する半導体発光チップと、黄緑色の発光色を有す
る半導体発光チップとを組み込むことにより、発光色と
して、青色、黄緑色、およびこれらの中間色を得ること
ができる。青色光と黄緑色光との輝度比を適当なものと
することにより、白色を得ることもできる。このような
半導体発光素子において、従来は、発光色が異なる複数
の半導体発光チップが支持体上に横方向に配置されてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構造の半導体発光素子において、異なる発光色を有する
半導体発光チップを同時に発光させた場合、個々の半導
体発光チップの発光色が充分に混合されない場合があ
る。すなわち、個々の半導体発光チップは、わずかな距
離とはいえ支持体上で横方向に位置をずらせて配置され
ているので、中間色以外にそれぞれの半導体発光チップ
の発光色も視認されてしまう。また、視認角度によって
は、発光色の混合が不良となり、良好な白色発光を得る
ことができない。
【０００５】また、白色など特定の発光色を得るため、
半導体発光チップの周囲に、適当な蛍光色を有する蛍光
体を塗布した構造のものも存在する。しかし、この構造
では、上記の問題は生じないものの、単一の発光色しか
得られない。そこで、本発明の目的は、複数の発光色を
得ることができる半導体発光素子を提供することであ
る。本発明の他の目的は、複数の半導体発光チップによ
る複数の発光色が充分に混合される半導体発光素子を提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
課題を解決するための請求項１記載の発明は、第１基板
上に第１発光層を形成した第１の半導体発光チップと、
第２基板上に第２発光層を形成した第２の半導体発光チ
ップと、上記第１および第２の半導体発光チップを積層
して接合する接合手段とを含むことを特徴とする半導体
発光素子である。上記接合手段は、たとえば接着剤であ
ってもよい。第１および第２の半導体発光チップは、い
ずれも可視光波長域内の発光色を有するものとすること
ができる。好ましくは、これらの発光色は互いに補色の
関係を有するものである。この場合、これらの同時発光
により、見かけ上白色発光を実現できる。
【０００７】第１および第２の発光層は、第１および第
２の半導体発光チップの積層方向に沿って視認したとき
に、少なくとも一部（好ましくは、ほぼ全部）が重なり
合う構造とすることができる。この場合、第１および第
２の半導体発光チップの発光領域は、一部またはほぼ全
部が重なり合うので、互いの発光色が充分混合される。
また、第１の半導体発光チップの主たる発光方向は、上
記第１の半導体発光チップから上記第２の半導体発光チ
ップに向かう方向であってもよい。この場合、上記第２
基板は、上記第１発光層からの光に対して透過性の材料
で構成されていることが好ましい。また、接合手段が接
着剤である場合は、この接着剤は、第１の発光層からの
光に対して透過性を有するものとすることが好ましい。
【０００８】これにより、積層された第１および第２の
半導体発光チップを、第２の半導体発光チップの側から
見たときに、第１発光層が発する光は、接着剤および第
２の半導体発光チップの第２基板を透過して視認され
る。さらに、上記第１の発光層は、上記第１基板におい
て上記第２の半導体発光チップとは反対側の表面に形成
されていて、上記第１基板が、上記第１の発光層からの
光に対して透過性の材料で構成されていてもい。これに
より、積層された第１および第２の半導体発光チップ
を、第２の半導体発光チップの側から見たときに、第１
発光層が発する光は、第１基板および第２の半導体発光
チップの第２基板を透過して視認される。
【０００９】上記第１および第２の半導体発光チップの
積層物は、一方の表面に外部接続用電極が形成された絶
縁基板上に搭載されており、上記第１の半導体発光チッ
プは、上記第２の半導体発光チップとは反対側の表面に
電極を有しており、この電極が上記外部接続用電極にバ
ンプボンディングされていてもよい。上記第２の半導体
発光チップは、表面に電極を有しており、この電極が上
記外部接続用電極にワイヤボンディングされていてもよ
い。上記外部接続用電極は、絶縁基板の他方の表面へと
延設されており、この半導体発光素子を配線基板へ実装
するための実装用電極に接続されていてもよい。
【００１０】このような構造の半導体発光素子は、配線
基板に好適に表面実装することができる。配線基板に実
装された半導体発光素子の主たる視認方向は、配線基板
に対してほぼ垂直であるので、視認方向は、第１および
第２の半導体発光チップの積層方向とほぼ一致する。し
たがって、第１の半導体発光チップの発光色と、第２の
半導体発光チップの発光色とは充分に混合される。上記
外部接続電極は、第１および第２の半導体発光チップを
個別に駆動するために互いに絶縁された第１および第２
のコントロール電極を含み、上記第２の半導体発光チッ
プの電極が第１のコントロール電極にバンプボンディン
グされており、上記第２の半導体発光チップの電極が第
２のコントロール電極にワイヤボンディングされていて
もよい。
【００１１】第１のコントロール電極を用いて、第１の
半導体発光チップのみを発光させることが可能であり、
第２のコントロール電極を用いて、第２の半導体発光チ
ップのみを発光させることが可能である。また、第１お
よび第２のコントロール電極を用いて、第１および第２
の半導体発光チップを同時に発光させることができる。
したがって、この半導体発光素子は、第１の半導体発光
チップの発光色、第２の半導体発光チップの発光色、お
よびこれらの混色の３色の発光色を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る半導体発光素子の図解的な断面
図であり、図２はその図解的な平面図である。矩形の絶
縁基板１において一の対角に位置する１対の角部を含む
部分には、外部接続用電極２Ａ，２Ｂからなる電極対が
形成されている。絶縁基板１の他の対角に位置する１対
の角部を含む部分には、外部接続用電極３Ａ，３Ｂから
なる電極対が設けられている。
【００１３】絶縁基板１の一方表面上のほぼ中央部に
は、矩形のＧａＮ系発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ４
が配置されている。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４は、サファ
イア基板４ａ、およびその絶縁基板１に対向する面に形
成されて発光層をなすＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂを
含んでいる。ＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂの発光色
は、青である。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４は、ＧａＮ系化
合物半導体薄膜４ｂ形成面に設けられた１対の電極５
Ａ，５Ｂをさらに含んでいる。電極５Ａ，５Ｂは、Ｇａ
Ｎ系ＬＥＤチップ４の角部うち、外部接続用電極２Ａ，
２Ｂに近接した２つの角部近傍にそれぞれ形成されてい
る。外部接続用電極２Ａ，２Ｂは、電極５Ａ，５Ｂに対
向する領域まで延設されている。外部接続用電極２Ａと
電極５Ａとは、バンプ６Ａにより電気的に接続されてい
る。外部接続用電極２Ｂと電極５Ｂとは、バンプ６Ｂに
より電気的に接続されている。
【００１４】ＧａＮ系ＬＥＤチップ４のＧａＮ系化合物
半導体薄膜４ｂ形成面と反対側の面には、ＧａＰ系発光
ダイオード（ＬＥＤ）チップ７が積層されて配置されて
いる。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４とＧａＰ系ＬＥＤチップ
７との積層方向に沿って見ると、これらは同等の面積お
よび形状を有しており、ＧａＰ系ＬＥＤチップ７が存在
する領域と、ＧａＮ系ＬＥＤチップ４が存在する領域と
は一致する。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４とＧａＰ系ＬＥＤ
チップ７とは、透明接着剤８で接合されている。透明接
着剤８は、可視光に対して透過性を有する。ＧａＰ系Ｌ
ＥＤチップ７は、ＧａＰ系化合物半導体基板７ａ、およ
びそのＧａＮ系ＬＥＤチップ４との接合面と反対側の面
に形成されたＧａＰ系化合物半導体薄膜７ｂを含んでい
る。ＧａＰ系化合物半導体薄膜７ｂは発光層をなし、そ
の発光色は黄緑である。
【００１５】ＧａＰ系ＬＥＤチップ７は、ＧａＰ系化合
物半導体薄膜７ｂ形成面に設けられた１対の電極９Ａ，
９Ｂをさらに含んでいる。電極９Ａ，９Ｂは、ＧａＰ系
ＬＥＤチップ７の角部うち、外部接続用電極３Ａ，３Ｂ
に近接した２つの角部近傍にそれぞれ形成されている。
ＧａＮ系ＬＥＤチップ４とＧａＰ系ＬＥＤチップ７との
積層方向に沿って見て、外部接続用電極３Ａ，３Ｂは、
ＧａＰ系ＬＥＤチップ７の近傍まで延設されているが、
ＧａＰ系ＬＥＤチップ７の領域には存在しない。電極９
Ａと外部接続用電極３Ａとは、ボンディングワイヤ１０
Ａにより電気的に接続されている。電極９Ｂと外部接続
用電極３Ｂとは、ボンディングワイヤ１０Ｂにより電気
的に接続されている。
【００１６】ＧａＮ系ＬＥＤチップ４とＧａＰ系ＬＥＤ
チップ７との積層方向に沿って見て、ＧａＮ系化合物半
導体薄膜４ｂが存在する領域と、ＧａＰ系化合物半導体
薄膜７ｂが存在する領域とは、電極５Ａ，５Ｂ，９Ａ，
９Ｂが存在する領域を除いて一致する。絶縁基板１の前
記一方表面上で、ＧａＮ系ＬＥＤチップ４、ＧａＰ系Ｌ
ＥＤチップ７、ボンディングワイヤ１０Ａ，１０Ｂ、外
部接続用電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂの一部を含む部分
は、透明樹脂１１で覆われている。透明樹脂１１は、可
視光に対して透過性を有する。
【００１７】外部接続用電極２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ
は、絶縁基板１の上記一方表面から側面にかけて存在
し、絶縁基板１の他方表面に設けられた実装用電極１２
Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂに接続している。この半導
体発光素子は、実装用電極１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１
３Ｂを介して、配線基板に実装することができる。サフ
ァイア基板４ａおよびＧａＰ系化合物半導体基板７ａ
は、ＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂが発する青色光に対
して透過性を有する。
【００１８】外部接続用電極２Ａと外部接続用電極２Ｂ
との間を通電すると、ＧａＮ系ＬＥＤチップ４のＧａＮ
系化合物半導体薄膜４ｂは青色光を発する。この青色光
は、サファイア基板４ａ、透明接着剤８、およびＧａＰ
系化合物半導体基板７ａを透過して視認される。外部接
続用電極３Ａと外部接続用電極３Ｂとの間を通電する
と、ＧａＰ系ＬＥＤチップ７のＧａＰ系化合物半導体薄
膜７ｂは黄緑色光を発する。
【００１９】また、外部接続用電極２Ａと外部接続用電
極２Ｂとの間、および外部接続用電極３Ａと外部接続用
電極３Ｂとの間を同時に通電すると、ＧａＮ系ＬＥＤチ
ップ４のＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂは青色光を発
し、ＧａＰ系ＬＥＤチップ７のＧａＰ系化合物半導体薄
膜７ｂは黄緑色光を発する。したがって、青色光と黄緑
色光との中間色が視認される。青色光と黄緑色光との輝
度比を適当なものとすることにより、白色を得ることも
できる。
【００２０】すなわち、この半導体発光素子は、青色、
黄緑色、およびそれらの中間色である白色を含む多彩な
色の光を発することができる。ＧａＮ系ＬＥＤチップ４
とＧａＰ系ＬＥＤチップ７との積層方向から見て、青色
光の発光領域であるＧａＮ系化合物半導体薄膜４ｂが存
在する領域と、黄緑色光の発光領域であるＧａＰ系化合
物半導体薄膜７ｂが存在する領域とは、ほぼ一致する。
したがって、この半導体発光素子をＧａＮ系ＬＥＤチッ
プ４およびＧａＰ系ＬＥＤチップ７の積層方向に沿っ
て、ＧａＰ系ＬＥＤチップ７側より見た場合、青色光と
黄緑色光との中間色の光（たとえば白色光）のみが視認
されることになる。すなわち、青色光のみが視認される
領域および黄緑色光のみが視認される領域は実質的に存
在しない。
【００２１】配線基板に半導体発光素子が実装されたと
き、この半導体発光素子の主たる視認方向は、配線基板
にほぼ垂直である。従来の構造の半導体発光素子では、
支持体上に横方向にＧａＮ系ＬＥＤチップとＧａＰ系Ｌ
ＥＤチップとが配されている。この場合、この半導体発
光素子が配線基板に実装されたとき、ＧａＮ系ＬＥＤチ
ップとＧａＰ系ＬＥＤチップとは、配線基板の実装面に
沿う方向に配置される。したがって、ＧａＮ系ＬＥＤチ
ップとＧａＰ系ＬＥＤチップとを同時に発光させたと
き、ＧａＮ系ＬＥＤチップとＧａＰ系ＬＥＤチップとが
重なるような特定の斜めの方向から見たときにのみ、青
色光と黄緑色光とは混合されて白色光となる。すなわ
ち、従来の構造の半導体発光素子では、ごく狭い範囲の
方向からのみ、青色光と黄緑色光とが充分に混合された
白色光が視認される。
【００２２】これに対して、本実施形態に係る半導体発
光素子は、実装用電極１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ
を介して、配線基板に実装されたとき、ＧａＮ系ＬＥＤ
チップ４とＧａＰ系ＬＥＤチップ７とは、配線基板の実
装面に垂直な方向に配置される。したがって、ＧａＮ系
ＬＥＤチップ４とＧａＰ系ＬＥＤチップ７とを同時に発
光させたとき、広い範囲の方向から、青色光と黄緑色光
とが充分に混合された白色光を視認することができる。
【００２３】透明樹脂１１のさらに外側に、一方の側面
のみが開放された反射ケースが備えられていてもよい。
この場合、ＧａＰ系ＬＥＤチップ７やＧａＮ系ＬＥＤチ
ップ４が発する光は、反射ケースにより反射され、絶縁
基板１に沿う一方向に射出される。以上は本発明の実施
形態の例であり、特許請求の範囲に記載された事項の範
囲で種々の設計変更を施すことが可能である。たとえ
ば、第１の半導体発光チップの電極と第１発光層とは、
第１基板上で互いに反対の面に形成されていてもよい。
第２の半導体発光チップの電極と第２発光層とは、第２
基板上で互いに反対の面に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の図
解的な断面図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子の図解的な平面図で
ある。
【符号の説明】
１ 絶縁基板 ２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ 外部接続用電極 ４ ＧａＮ系発光ダイオードチップ ４ａ サファイア基板 ４ｂ ＧａＮ系化合物半導体薄膜 ５Ａ，５Ｂ，９Ａ，９Ｂ 電極 ６Ａ，６Ｂ バンプ ７ ＧａＰ系発光ダイオードチップ ７ａ ＧａＰ系化合物半導体基板 ７ｂ ＧａＰ系化合物半導体薄膜 １０Ａ，１０Ｂ ボンディングワイヤ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１基板上に第１発光層を形成した第１の
    半導体発光チップと、 第２基板上に第２発光層を形成した第２の半導体発光チ
    ップと、 上記第１および第２の半導体発光チップを積層して接合
    する接合手段とを含むことを特徴とする半導体発光素
    子。
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