JP2007049045A - 半導体発光素子およびこれを備えた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異方導電性接着手段を利用して半導体発光素子を実装する場合に、ｎ型およびｐ型の半導体層間に電気的短絡が生じることを適切に防止し、かつ半導体発光素子の各電極に対する電気的導通を確実なものとして順方向電圧を低くする。
【解決手段】ｎ型半導体層２０に導通する第１の電極３Ａ、ｐ型半導体層２１に導通するようにして半導体積層部２上に形成された第２の電極３Ｂと、この第２の電極３Ｂのうち、他の部材と接続されるダイパッド部３０を露出させるようにして半導体積層部２上を覆う絶縁保護膜４と、を備えている、半導体発光素子Ａ１であって、第２の電極３Ｂは、ダイパッド部３０がこの第２の電極３Ｂの他の部分よりも厚みが大きくされた構成、またはダイパッド部３０のみからなる構成とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップなどの半導体発光素子、およびこれを備えた半導体装置に関する。

従来、ＬＥＤチップの具体例としては、図８に示すものがある。図示されたＬＥＤチップ９は、基板９０上にｎ型半導体層９１、発光層９２、およびｐ型半導体層９３が順次積層されており、ｎ型およびｐ型の半導体層９１，９３上には、たとえば材質がＡｕ（金）の一対の電極９１ａ，９３ａが形成されている。電極９３ａの上面には絶縁保護膜９４が形成されているが、この絶縁保護膜９４の一部分は開口しており、この電極９３ａのうち、他の部材とのボンディングが図られるダイパッド部９３０は、絶縁保護膜９４から露出している。絶縁保護膜９４は、このＬＥＤチップ９を所望箇所に実装する際に、電極９３ａのダイパッド部９３０以外の部分が、他の部材あるいはボンディング用の接着剤などと導通することを防止するためのものである。

上記したＬＥＤチップ９は、たとえば図９および図１０に示すように、フェイスダウン方式で所望の実装対象基板８上に実装されて使用される場合がある。同図に示す実装構造においては、ＬＥＤチップ９のボンディング手段として異方導電性接着剤７（あるいは異方導電性フィルム）が用いられており、ＬＥＤチップ９の２つの電極９１ａ，９３ａは、実装対象基板８の電極８１，８３に位置合わせされて導通している。異方導電性接着剤７は、エポキシ樹脂などの樹脂成分中に多数の導電粒子７０が分散されたものであり、熱圧着される一方向のみに導電性を発揮するために、たとえば特許文献１に記載されているように異方導電性を有しないハンダを用いる場合と比較すると、実装部分における電気的短絡などを防止するのに好適である。

しかしながら、上記従来技術においては、ＬＥＤチップ９の電極９３ａは、各所均一な厚みに形成されており、このことにより、異方導電性接着剤７または異方導電性フィルムを用いて実装を行なう場合には、次に述べるような問題点を生じていた。

すなわち、図１１（ａ）に示すように、電極９３ａの厚みｔ１が大きい場合には、絶縁保護膜９４から露出しているダイパッド部９３０に対して導電粒子７０が適切に食い込むこととなり、導電粒子７０と電極９３ａの露出部分９３０との接触面積を大きくすることができる。このため、本来であれば、順方向電圧（ＶＦ）が低く、接続信頼性の高い実装構造が得られるはずである。ところが、この場合には、同図（ｂ）に示すように、絶縁保護膜９４に対しても導電粒子７０が大きく食い込むこととなり、この絶縁保護膜９４が損傷する虞れがある。これでは、実装対象基板８とＬＥＤチップ９との位置合わせが余り適切ではなく、たとえば図１０の仮想線に示すように、電極８１の一部が絶縁保護膜９４上に配置される事態が発生した場合に、この絶縁保護膜９４の下層に位置する電極９３ａが電極８１に導通することとなり、ｎ型およびｐ型の半導体層９１，９３間に電気的短絡を生じる。

一方、図１２（ａ）に示すように、電極９３ａの厚みｔ２が小さい場合には、絶縁保護膜９４に対する導電粒子７０の食い込み量が少なくなり、絶縁保護膜９４の損傷が抑制される。このようにすれば、先に述べたｎ型およびｐ型の半導体層９１，９３間の電気的短絡を防止することができる。ところが、この場合には、同図（ｂ）に示すように、電極９３ａのダイパッド部９３０に対する導電粒子７０の食い込み量も少なくなる。これでは、導電粒子７０と電極９３ａとの接触面積が小さくなって、順方向電圧が高くなり、また接続信頼性が低いものとなる。

特開２００３−３３８６４０号公報

本発明は、異方導電性接着手段を利用して半導体発光素子を実装する場合に、ｎ型およびｐ型の半導体層間に電気的短絡が生じることを適切に防止するとともに、半導体発光素子の各電極に対する電気的導通を確実なものとして順方向電圧を低くできるようにすることをその課題としている。

本発明の第１の側面により提供される半導体発光素子は、基板上に形成されたｎ型およびｐ型の半導体層、ならびにそれらの間に位置する発光層を有する半導体積層部と、上記ｎ型およびｐ型の半導体層のうち、上記基板寄りの一方の半導体層に導通する第１の電極、および上記基板から遠い側の他方の半導体層に導通するようにして上記半導体積層部上に形成された第２の電極と、上記第２の電極のうち、他の部材と接続されるダイパッド部を露出させるようにして、上記半導体積層部上を覆う絶縁保護膜と、を備えている、半導体発光素子であって、上記第２の電極は、上記ダイパッド部が上記第２の電極の他の部分よりも厚みが大きくされた構成、または上記ダイパッド部のみからなる構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記第２の電極のダイパッド部については、その厚みが大きいために、異方導電性接着手段の導電粒子の食い込み量を大きくすることができる。したがって、それらの接触面積を大きくし、順方向電圧を低くすることが可能である。一方、上記第２の電極のダイパッド部以外の部分については、その厚みが小さくされ、またはダイパッド部以外の部分を有しない構成とされているために、これらの部分を覆う絶縁保護膜に対する導電粒子の食い込み量を小さくし、絶縁保護膜の損傷を防止することができる。したがって、本発明によれば、半導体発光素子を実装する際に、万一位置ずれが生じたとしても、従来技術とは異なり、ｎ型およびｐ型の半導体層どうしの間に電気的短絡が発生しないようにすることができる。したがって、接続信頼性の高い実装構造が得られる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の電極の表面は、上記第２の電極のダイパッド部の表面と略同一高さに揃えられている。このような構成によれば、第２の電極のダイパッド部および第１の電極のそれぞれを、実装対象物の電極に対して略均等に圧接させることが可能となり、異方導電性接着手段を利用した実装がより適切に行なわれることとなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の電極のダイパッド部は、このダイパッド部の厚み方向に対して交差する一方向に延びた略長矩形状である。このような構成によれば、本発明に係る半導体発光素子を実装対象物に実装する場合に、これらが仮に位置ずれしたとしても、その位置ずれ方向が上記ダイパッド部の延びる方向と同方向であれば、上記ダイパッド部に対して実装対象物の電極を適切に導通接続することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の電極のダイパッド部は、このダイパッド部の厚み方向に対して交差する２方向に延びた略Ｌ字状である。このような構成によれば、本発明に係る半導体発光素子と実装対象物との位置ずれ方向が一方向に限らず、上記２方向のいずれに位置ずれした場合であっても、上記ダイパッド部に対して実装対象物の電極を適切に導通接続することが可能となる。

本発明の第２の側面により提供される半導体装置は、本発明の第１の側面により提供される半導体発光素子が、電極を有する実装対象基板に異方導電性接着手段を介して実装されており、上記異方導電性接着手段の導電粒子は、上記実装対象基板の電極と上記半導体発光素子の第２の電極のダイパッド部および第１の電極との間に介在してそれらの部分を導通させていることを特徴としている。

このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供される半導体発光素子について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明が適用された半導体発光素子としてのＬＥＤチップの一例を示している。本実施形態のＬＥＤチップＡ１は、透明基板１０上に形成されたｎ型およびｐ型半導体層２０，２１を有する半導体積層部２、第１および第２の電極３Ａ，３Ｂ、ならびに絶縁保護膜４を具備している。ｎ型およびｐ型半導体層２０，２１の中間部には、発光層２２が形成されており、この発光層２２から発せられた光は、透明基板１０を透過して外部に出射するようになっている。

本実施形態のＬＥＤチップＡ１は、第１および第２の電極３Ａ，３Ｂ、ならびにこれに関連する構成に特徴がある。それ以外の部分について説明すると、透明基板１０は、たとえばサファイア材料を用いて平面視矩形状に形成されている。ｎ型およびｐ型半導体層２０，２１は、たとえばＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系の材質からなり、これらは透明基板１０上に窒化ガリウムのバッファ層（図示略）を成長させた後に順次積層されている。発光層２２は、たとえばＩｎＧａＮ系の材質である。もちろん、上記各部の具体的な材質は、本実施形態のものに限定されず、またｎ型およびｐ型の半導体層２０，２１の接合部分が発光層とされた構成とすることもできる。

第１の電極３Ａは、いわゆるｎ型用の電極である。半導体積層部２の１つの角部には、ｎ型半導体層２０の上面を露出させる凹部２９が形成されており、第１の電極３Ａは、この凹部２９内に位置するようにしてｎ型半導体層２０上に積層形成されている。この第１の電極３Ａは、たとえばＡｕ製であり、その表面高さは、第２の電極３Ｂの後述するダイパッド部３０の表面高さと略同一に揃えられている。

第２の電極３Ｂは、いわゆるｐ型用の電極であり、第１の電極３Ａと同様に、Ａｕ製である。この第２の電極３Ｂは、ｐ型半導体層２１の表面の略全面を覆うようにして形成されたコンタクトメタル３９の略全面を覆うように形成されている。コンタクトメタル３９は、オーミック接触を得るための層である。第２の電極３Ｂは、この第２の電極３Ｂの他の部分と比較してその厚みが部分的に大きくされたダイパッド部３０を有している。このダイパッド部３０の厚みは、たとえば１〜３μｍである。また、このダイパッド部３０は、一定方向（図１に示すＸ方向）に延びた平面視略長矩形状である。

絶縁保護膜４は、たとえばＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、あるいはＡｌ₂Ｏ₃からなり、第２の電極３Ｂ上のうち、ダイパッド部３０を除く略全域を覆うように形成されている。好ましくは、この絶縁保護膜４は、半導体積層部２の側面も覆うように形成されている。ダイパッド部３０は、絶縁保護膜４から露出しているが、本実施形態においては、このダイパッド部３０が絶縁保護膜４の表面よりも上方に突出した構成とされている。

図３および図４は、上記したＬＥＤチップＡ１を用いた樹脂パッケージ型の半導体装置の一例を示している。

本実施形態の半導体装置Ｂは、実装対象基板としての絶縁基板５上に、異方導電性接着剤７を介してＬＥＤチップＡ１がフェイスダウン方式で実装されたものである。また、ＬＥＤチップＡ１は、エポキシ樹脂などの樹脂パッケージ５９により封止されている。

絶縁基板５は、たとえばセラミック製やガラスエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップＡ１よりも一回り大きな平面視略長矩形状である。この絶縁基板５には、一対の外部接続用の電極５０，５１が設けられている。これらの電極５０，５１は、ともに絶縁基板５の端部の上面、端面、および底面を覆う断面略コ字状の基部５０ａ，５１ａを有しているとともに、絶縁基板５の上面部においてそれらの基部５０ａ，５１ａから絶縁基板５の中心寄りに延びた延設部５０ｂ，５１ｂを有している。図５によく表われているように、延設部５０ｂは、同図のＹ方向（Ｘ方向とは直交する方向）に延びる帯状であるのに対し、延設部５１ｂは、平面視Ｔ字状であり、Ｘ方向に延びる先端部５１０と、Ｙ方向に延びる帯状のリード部５１１とを有している。好ましくは、これらの電極５０，５１のうち、少なくとも延設部５０ｂ，５１ｂは金や銅などの展性の高い導電材料により形成されている。

図３および図４に示すように、ＬＥＤチップＡ１の第１および第２の電極３Ａ，３Ｂは、絶縁基板５の電極５０，５１の延設部５０ｂ，５１ｂに対向するように配置されている。異方導電性接着剤７は、エポキシ樹脂などの樹脂成分中に、たとえばＮｉやＮｉ合金などからなる導電粒子７０が分散混入されたものであり、ＬＥＤチップＡ１および絶縁基板５は、この異方導電性接着剤７を介して熱圧着されている。このことにより、第１の電極３Ａと延設部５０ｂどうし、および第２の電極３Ａのダイパッド部３０と延設部５１ｂどうしは、ともに導電粒子７０を介して導通している。なお、異方導電性接着剤７に代えて、フィルム内に導電粒子を分散させた異方導電性フィルムを用いることもできる。

次に、上記した構成のＬＥＤチップＡ１および半導体装置Ｂの作用について説明する。

まず、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０の厚みは大きくされているために、図４の要部拡大図に示すように、このダイパッド部３０に対しては導電粒子７０を深く食い込ませることができる。したがって、このダイパッド部３０に対する導電粒子７０の接触面積を大きくし、順方向電圧を低くすることができる。

一方、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０以外の部分については、厚みが小さくされており、この部分を覆う絶縁保護膜４をバックアップする部分の展性が小さく、絶縁保護膜４が大きく撓み変形できない構造となっている。このため、ダイパッド部３０の周辺の絶縁保護膜４に対する導電粒子７０の食い込み量は少なくなる。したがって、絶縁保護膜４の損傷が防止される。その結果、たとえばＬＥＤチップＡ１が絶縁基板５に対して位置ずれし、仮に、電極５０の延設部５０ｂが絶縁保護膜４に対向する位置に配されたとしても、この延設部５０ｂと第２の電極３Ｂとの間には損傷のない絶縁保護膜４が介在することとなって、それらの間に不当な電気的導通が生じないようにすることができる。また、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０は、図１に示したようにＸ方向に延びた長矩形状であるために、ＬＥＤチップＡ１と絶縁基板５とが位置ずれする場合において、その位置ずれ方向が上記方向と略一致するのであれば、ダイパッド部３０と延設部５１ｂとを適切に導通接続させることが可能である。このようなことから、この半導体装置Ｂにおいては、絶縁基板５とＬＥＤチップＡ１との位置ずれが多少生じた場合であって、このことによって直ちに製品不良となることはなく、製造に際しての歩留りがよくなる。また、第１の電極３Ａは、その表面の高さがダイパッド部３０の表面高さと略同一に揃えられているために、ダイパッド部３０と同様に、この第１の電極３Ａに対しても導電粒子７０を十分に食い込ませて適切な導電接続が可能となる。

図６および図７は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図６（ａ）に示すＬＥＤチップＡ２においては、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０の周縁部表面が、絶縁保護膜４によって覆われている。本実施形態から理解されるように、本発明においては、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０の一部分が絶縁保護膜４によって覆われた構成としてもかまわない。

図６（ｂ）に示すＬＥＤチップＡ３においては、第２の電極３Ｂがダイパッド部３０のみからなる構成とされている。すなわち、第２の電極３Ｂのうち、ダイパッド部３０以外の部分の厚みは、ゼロとされている。このような構成によっても、本発明が意図する作用を得ることが可能である。

図７（ａ）に示すＬＥＤチップＡ４においては、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０がＹ方向に延びた略長矩形状とされている。これに対し、このダイパッド部３０に接触させるための電極５１の延設部５１ｂは、それと同方向に延びた帯状である。このような構成によれば、実装時においてＬＥＤチップＡ４がＹ方向に多少位置ずれしても、ダイパッド部３０と延設部５１ｂとを適切に導通接続することができる。

図７（ｂ）に示すＬＥＤチップＡ５においては、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０が、Ｘ方向およびＹ方向に延びる平面視略Ｌ字状に形成されている。電極５１の延設部５１ｂもそれと同様な略Ｌ字状とされている。このような構成によれは、ＬＥＤチップＡ５がＸ方向およびＹ方向のいずれの方向に位置ずれしても、ダイパッド部３０と延設部５１ｂとを適切に導通接続することができる。

図７（ｃ）に示すＬＥＤチップＡ６においては、第２の電極３Ｂのダイパッド部３０が第１の電極３Ａと略同様な平面視略正方形とされている。本実施形態のように、本発明においては、ダイパッド部３０を必ずしも一方向あるいは二方向に延びた形状に形成しなくてもよい。

本発明の内容は、上述した実施形態に限定されない。各実施形態に記載の構成の特徴点を組み合わせてもよい。本発明に係る半導体発光素子、およびこれを備えた半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明が適用された半導体発光素子としてのＬＥＤチップの一例を示す斜視図である。 図１のII−II断面図である。 図１および図２に示すＬＥＤチップを備えた半導体装置の一例を示す斜視図である。 図３のIV−IV断面図である。 図３および図４に示す半導体装置に用いられている絶縁基板の斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明に係る半導体発光素子の他の例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る半導体発光素子の他の例を示す斜視図である。 従来の半導体発光素子の一例を示す断面図である。 図８に示した半導体発光素子の実装構造の一例を示す断面図である。 図９に示した実装構造を模式的に示す底面視説明図である。 （ａ），（ｂ）は、従来技術の作用説明図である。 （ａ），（ｂ）は、従来技術の作用説明図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ６ ＬＥＤチップ（半導体発光素子）
Ｂ 半導体装置
２ 半導体積層部
３Ａ 第１の電極
３Ｂ 第２の電極
４ 絶縁保護膜
５ 絶縁基板（実装対象基板）
７ 異方導電性接着剤（異方導電性接着手段）
１０ 透明基板（基板）
２０ ｎ型半導体層
２１ ｐ型半導体層
２２ 発光層
３０ ダイパッド部
５０，５１ 電極（実装対象基板の）

Claims (5)

1. 基板上に形成されたｎ型およびｐ型の半導体層、ならびにそれらの間に位置する発光層を有する半導体積層部と、
   上記ｎ型およびｐ型の半導体層のうち、上記基板寄りの一方の半導体層に導通する第１の電極、および上記基板から遠い側の他方の半導体層に導通するようにして上記半導体積層部上に形成された第２の電極と、
   上記第２の電極のうち、他の部材と接続されるダイパッド部を露出させるようにして、上記半導体積層部上を覆う絶縁保護膜と、
   を備えている、半導体発光素子であって、
   上記第２の電極は、上記ダイパッド部が上記第２の電極の他の部分よりも厚みが大きくされた構成、または上記ダイパッド部のみからなる構成とされていることを特徴とする、半導体発光素子。
2. 上記第１の電極の表面は、上記第２の電極のダイパッド部の表面と略同一高さに揃えられている、請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 上記第２の電極のダイパッド部は、このダイパッド部の厚み方向に対して交差する一方向に延びた略長矩形状である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 上記第２の電極のダイパッド部は、このダイパッド部の厚み方向に対して交差する２方向に延びた略Ｌ字状である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体発光素子が、電極を有する実装対象基板に異方導電性接着手段を介して実装されており、
   上記異方導電性接着手段の導電粒子は、上記実装対象基板の電極と上記半導体発光素子の第２の電極のダイパッド部および第１の電極との間に介在してそれらの部分を導通させていることを特徴とする、半導体装置。

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