JP2007123613A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子を備えた発光装置に関し、特に、発光素子をフリップチップ実装した発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device including a light emitting element, and more particularly, to a light emitting device in which the light emitting element is flip-chip mounted.
一般的な半導体窒化物素子の1つとして、図10の断面図に示すような発光ダイオードがあり、サファイア基板21にn型窒化物半導体層22、活性層23、p型窒化物半導体層24、及び導電性酸化物電極25をこの順に積層し、一部に段差部26を形成してn型窒化物半導体層22を露出している。露出したn型窒化物半導体層22の上にはn側パッド電極52が、そして導電性酸化物電極25の上にはp側パッド電極54が、それぞれ形成されている。
As a general semiconductor nitride element, there is a light emitting diode as shown in the cross-sectional view of FIG. 10, and an
この発光ダイオード2をフリップチップ実装するときには、n側及びp側のパッド電極52、54の上にAuやはんだ等から成るバンプ設けて、実装基板の電極に導電ペーストや異方性導電ペーストを用いて電気的に接続する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。また、別の電気的接合方法としては、n側及びp側のパッド電極52、54の上にAuバンプを形成し、実装基板の電極をAlから形成して、AuバンプとAlとの共晶組成により接合が知られている(例えば特許文献2参照)。
When the
バンプや共晶による実装において、バンプのはみ出しや、融点の低い共晶層の回り込みによって、導電材料がパッド電極からはみ出してp型窒化物半導体層24とn型窒化物半導体層22とを短絡する恐れがある。そこで、図10の発光ダイオード2のように、パッド電極を除く上面全体を絶縁性材料からなる保護膜60で覆って、p型窒化物半導体層24とn型窒化物半導体層22とが短絡するのを防止している。
In mounting by bump or eutectic, the conductive material protrudes from the pad electrode due to the bump protruding or the eutectic layer having a low melting point, and the p-type
また、発光ダイオードをフリップチップ実装する別の方法として、発光ダイオードと基板とを異方性導電材料を用いて接続する方法が知られている(例えば特許文献3参照)。異方性導電材料とは、微小な導電粒子を樹脂接着剤の中に分散させたものであり、この材料を用いることにより、接着剤による発光ダイオードと基板との固着と、導電粒子による発光ダイオードの電極と基板に形成された電極との電気的接続とを同時に達成している。
発光装置の輝度向上が望まれる中、発光ダイオードの内部量子効率の向上のみでなく、外部量子効率の向上、すなわち発光ダイオードの光の取出し効率の向上が不可欠である。さらには、発光ダイオードを実装基板に実装することにより生じる光の損失を減らして、発光装置としての光の取出し効率を向上することが重要になる。 While it is desired to improve the luminance of the light emitting device, it is indispensable not only to improve the internal quantum efficiency of the light emitting diode but also to improve the external quantum efficiency, that is, the light extraction efficiency of the light emitting diode. Furthermore, it is important to reduce the light loss caused by mounting the light emitting diode on the mounting substrate and improve the light extraction efficiency as the light emitting device.
発光ダイオードの段差部から露出したn型窒化物半導体に、Ti/Au等から成る円盤状又は板上のn側パッド電極を直接形成すると、n側パッド電極は半導体内部の光を高確率で吸収する。即ち、活性層で発光し、半導体積層体の内部を反射しながら横方向に伝搬する光は、n側パッド電極とn型半導体層との界面に到達すると、反射される代わりにn側パッド電極に吸収される。このため、外部への光の取出し効率が、n側パッド電極での光の吸収によって低下する問題があった。 When an n-side pad electrode made of Ti / Au or the like is directly formed on an n-type nitride semiconductor exposed from a step portion of a light emitting diode, the n-side pad electrode absorbs light inside the semiconductor with a high probability. To do. That is, light that is emitted from the active layer and propagates in the lateral direction while reflecting the inside of the semiconductor stacked body reaches the interface between the n-side pad electrode and the n-type semiconductor layer, and instead of being reflected, the n-side pad electrode To be absorbed. For this reason, there has been a problem that the light extraction efficiency to the outside is lowered due to the light absorption by the n-side pad electrode.
また、p側窒化物半導体の表面全体には、p側窒化物半導体に電流を広げるためにp側電極が形成されており、さらにその上に、p側パッド電極が形成されている。p側電極は、p型窒化物半導体とオーミック接触する材料から形成する必要があり、例えばITO等の導電性酸化物や、Ni/Au膜が利用できる。そして、p側パッド電極は、p側電極に対して密着性の良好な材料から形成する必要があり、例えばp側電極が導電性酸化物電極の場合には、p側パッド電極としてRhやAu等の貴金属が好適である。しかしながら、RhやAuは光の反射率がそれほど高くないので、p側電極とp側パッド電極との界面で光の損失が生じるという問題があった。 A p-side electrode is formed on the entire surface of the p-side nitride semiconductor to spread the current to the p-side nitride semiconductor, and a p-side pad electrode is further formed thereon. The p-side electrode needs to be formed from a material that is in ohmic contact with the p-type nitride semiconductor. For example, a conductive oxide such as ITO or a Ni / Au film can be used. The p-side pad electrode needs to be formed from a material having good adhesion to the p-side electrode. For example, when the p-side electrode is a conductive oxide electrode, Rh or Au is used as the p-side pad electrode. Noble metals such as are preferred. However, since Rh and Au have a light reflectance that is not so high, there is a problem that light loss occurs at the interface between the p-side electrode and the p-side pad electrode.
そこで、本発明は、光の取出し効率を向上させつつ、且つ電気的性能が良好な発光装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a light-emitting device that improves light extraction efficiency and has good electrical performance.
本発明にかかる第1の発光装置は、(a)n型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に積層したp型窒化物半導体層と、該p型窒化物半導体層の表面に形成されたp側電極と、を有する発光素子と、(b)前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、(c)前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記n型窒化物半導体及び前記n側導電部と直接接触していることを特徴とする。 A first light emitting device according to the present invention includes (a) an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and a surface of the p-type nitride semiconductor layer. A light emitting device having a p-side electrode formed; (b) an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer; and a p-side conductive portion electrically connected to the p-side electrode. And (c) a resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and an anisotropic conductive layer including conductive particles dispersed in the resin adhesive layer, The conductive particles are formed of a metal material at least on the surface, and are in direct contact with the n-type nitride semiconductor and the n-side conductive portion.
本発明の第1の発光装置は、発光素子のn型窒化物半導体と異方性導電層の導電粒子とが直接接触している、すなわちn側パッド電極を備えていないので、n側パッド電極に起因する光の吸収を除去することができる。代わりとして、n型窒化物半導体層に接触した導電粒子が、横方向に伝搬する光を吸収するが、導電粒子とn型窒化物半導体層との接触面積は、n側パッド電極とn型窒化物半導体層との接触面積に比べて格段に小さいので、全体として、吸収される光量を減らすことができる。その結果として、発光装置の光の取出し効率を向上させることができる。 In the first light emitting device of the present invention, the n-type nitride semiconductor of the light emitting element and the conductive particles of the anisotropic conductive layer are in direct contact, that is, the n-side pad electrode is not provided. The absorption of light caused by can be removed. Instead, the conductive particles in contact with the n-type nitride semiconductor layer absorb the light propagating in the lateral direction, but the contact area between the conductive particles and the n-type nitride semiconductor layer is different from that of the n-side pad electrode and n-type nitride. Since it is much smaller than the contact area with the physical semiconductor layer, the amount of absorbed light can be reduced as a whole. As a result, the light extraction efficiency of the light emitting device can be improved.
また、本発明にかかる第2の発光装置は、(a)n型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に積層したp型窒化物半導体層と、該p型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたp側電極と、を有する発光素子と、(b)前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、(c)前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、前記p側電極及び前記p側導電部と直接接触していることを特徴とする。 A second light emitting device according to the present invention includes (a) an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and the p-type nitride semiconductor layer. A light emitting device having a p-side electrode formed on substantially the entire surface; (b) an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer; and electrically connected to the p-side electrode. A p-side conductive portion, an anisotropic conductive layer including (c) a resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and conductive particles dispersed in the resin adhesive layer The conductive particles are in direct contact with the p-side electrode and the p-side conductive part.
この本発明の第2の発光装置では、発光素子のp側パッド電極の代わりに異方性導電層の導電粒子により実装基板の電極との導通を図り、p側電極と導電粒子との密着性は、異方性導電層の樹脂接着層により保持する。従って、導電粒子にはp側電極との密着性を必要とせず、導電粒子の材料を任意に選択することができる。 In the second light emitting device of the present invention, the conductive particles of the anisotropic conductive layer are connected to the electrodes of the mounting substrate instead of the p side pad electrodes of the light emitting elements, and the adhesion between the p side electrodes and the conductive particles is improved. Is held by the resin adhesive layer of the anisotropic conductive layer. Therefore, the conductive particles do not require adhesion with the p-side electrode, and the material of the conductive particles can be arbitrarily selected.
そして、本発明にかかる第3の発光装置は、(a)n型窒化物半導体層と、該n型窒化物半導体層に積層したp型窒化物半導体層と、該p型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたp側電極と、を有する発光素子と、(b)前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、(c)前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記n型窒化物半導体及び前記n側導電部と直接接触し、前記p側電極及び前記p側導電部と直接接触していることを特徴とする。 The third light emitting device according to the present invention includes (a) an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer. A light emitting device having a p-side electrode formed on substantially the entire surface; (b) an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer; and electrically connected to the p-side electrode. A p-side conductive portion, an anisotropic conductive layer including (c) a resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and conductive particles dispersed in the resin adhesive layer The conductive particles are formed of a metal material at least on the surface, and are in direct contact with the n-type nitride semiconductor and the n-side conductive portion, and are in direct contact with the p-side electrode and the p-side conductive portion. It is characterized by.
本発明の第3の発光装置は、第1及び第2の発光装置の構成を有していることから、n側及びp側パッド電極に起因する光の取出し効率の低下を排除することができ、光の取出し効率を向上させることができる。さらに、発光素子の製造工程からパッド電極を形成する工程を省けるので、発光装置の製造コストを下げることができる。 Since the third light-emitting device of the present invention has the configurations of the first and second light-emitting devices, it is possible to eliminate a decrease in light extraction efficiency caused by the n-side and p-side pad electrodes. , The light extraction efficiency can be improved. Furthermore, since the step of forming the pad electrode can be omitted from the manufacturing process of the light emitting element, the manufacturing cost of the light emitting device can be reduced.
本発明にかかる第1乃至第3の発光装置のいずれも、パッド電極に起因する発光素子の外部量子効率の低下を抑制して、発光装置の光の取出し効率を向上させることを可能にした。 In any of the first to third light emitting devices according to the present invention, it is possible to improve the light extraction efficiency of the light emitting device by suppressing a decrease in the external quantum efficiency of the light emitting element due to the pad electrode.
また、第2及び第3の発光装置では、p側電極が透光性である場合には、発光素子の内部からp側電極方向に向かう光の一部を、導電粒子の隙間から実装基板に到達させることができ、そして、実装基板の表面に反射率の高い金属膜を形成することにより、従来のp側パッド電極に比べて、光を高反射することが可能になる。このときに、金属膜を形成する材料は、p側電極に対する密着性が良好である必要はなく、光の反射率の良い材料を任意に選択可能であるので、発光素子の発光波長の光を効率よく反射する材料を利用することができる。また、導電粒子に反射率の高い材料を用いることで、導電粒子に到達した光を反射することも可能である。 In the second and third light-emitting devices, when the p-side electrode is translucent, a part of the light traveling from the inside of the light-emitting element toward the p-side electrode is transferred from the gap between the conductive particles to the mounting substrate. By forming a metal film having a high reflectivity on the surface of the mounting substrate, it becomes possible to reflect light more than a conventional p-side pad electrode. At this time, the material for forming the metal film does not need to have good adhesion to the p-side electrode, and a material having good light reflectance can be arbitrarily selected. Materials that reflect efficiently can be used. In addition, by using a highly reflective material for the conductive particles, light reaching the conductive particles can be reflected.
実施形態1
図1に示した本発明の発光装置1は、発光ダイオード2と、発光ダイオード2をフリップチップ実装するための実装基板4と、発光ダイオード2と実装基板4とを固定する異方性導電層6とから構成されている。
The light-
発光ダイオード2は、サファイア基板21にn型窒化物半導体層22、活性層23、及びp型窒化物半導体層24を順に積層して形成されており、さらに、p型窒化物半導体層24と活性層23とを一部切除するか、又は選択成長することにより段差部26が形成されている。この段差部26には、n型窒化物半導体層22の一部が露出している。また、p型窒化物半導体層24の表面のほぼ全面に、p側電極として透光性の導電性酸化物電極25が被覆されている。
The
発光ダイオード2は、導電性酸化物電極25とn型窒化物半導体層22との間に電圧を印加して、p型窒化物半導体層24から活性層23を通ってn型窒化物半導体層22まで電流を流すことにより発光する。発光は、活性層23で生じるので、活性層23が切除された段差部26から露出したn型窒化物半導体層22の露出部27を除く全ての部分が発光領域になる。
In the
発光ダイオード2の段差部26は、導電性酸化物電極25側からみたときに中央部分に形成されており、その周囲をp型半導体層24にかこまれている。別の形態としては、段差部26を、矩形の発光ダイオード2の角部や辺部に形成することもでき、さらに別の形態としては、発光ダイオード2を横断する溝状にすることもできる。いずれの場合も、段差部26に形成されたn型窒化物半導体層22の露出部27の面積をできるだけ小さくして、発光領域を広く確保するのが好ましい。
The
本発明の発光装置1に利用する発光ダイオード2では、活性層23で発光した光は、一部がサファイア基板21の方向に、一部がサファイア基板21と逆の方向、すなわち導電性酸化物電極25の方向に、さらに一部が多重反射を繰り返しながらサファイア基板と平行な方向に進行する。サファイア基板21の方向に進んだ光は、そのまま基板21を透過して外部に取り出される。導電性酸化物電極25の方向に進んだ光は、導電性酸化物電極を通過し、実装基板4で反射して発光ダイオード2の内部に戻り、サファイア基板21を透過して取り出される。そして、サファイア基板21と平行に進んだ光は、窒化物半導体層の内部を伝搬して、発光ダイオード2の側面から外に取り出される。
In the
このように、活性層23で発生した光は、どの方向に進んでも外部に取り出すことができるが、光の取出し効率はそれぞれ異なっている。例えば、透光性の導電性酸化物電極25の方向に進んだ光の一部は、導電性酸化物電極25を透過して実装基板4に達する。このとき、実装基板4の反射率が低ければ光の損失が生じて、発光装置の取出し効率が低下する。そこで、本実施形態では、導電性酸化物電極25と対向している実装基板4の表面領域、すなわちp側導電部45を発光波長における反射率が75%以上の金属材料から形成する。これによって、従来のp側パッド電極に比べて光の損失量を減らすことができるので、発光装置の光の取出し効率を向上する。p側導電部45に適した金属材料としては、窒化物半導体から成る発光ダイオードの発光波長であれば、Al、Ag、Pt、Rh又はこれらの合金を挙げることができる。
As described above, the light generated in the
また、サファイア基板21と平行に進んだ光は、窒化物半導体層の内部を伝搬中に、異方性導電層6の中の導電粒子64とn型窒化物半導体層22との界面において、吸収が起こる。しかしながら、光の吸収が起こる金属−n型窒化物半導体層の接触部分の面積は、導電粒子64とn型窒化物半導体層22とが接触する複数の点状部分の合計面積であり、n側パッド電極を備えた従来の発光ダイオード2に比べると、極めて小さい接触面積に抑えることができる。すなわち、n側パッド電極を省略して異方性導電層6によって導通を取ることにより、光の吸収が起こる金属−n型窒化物半導体層の接触面積を大幅に減少させることができ、その結果、吸収による光の損失を大幅に減らすことができる。
The light traveling parallel to the
本発明では、n型窒化物半導体層22に対してオーミック接触可能な異方性導電層6を使用することにより、n側パッド電極及びp側パッド電極を省略している。
即ち、異方性導電層6には、少なくとも表面が前記n型窒化物半導体とオーミック接触可能な金属材料から成る導電粒子64が分散されており、その導電粒子64は、n型窒化物半導体22及びn側導電部43と直接接触し、且つp側電極25及びp側導電部45と直接接触している。
In the present invention, the n-side pad electrode and the p-side pad electrode are omitted by using the anisotropic
That is,
この発光装置1は、従来ではn側パッド電極によって達成していたn型窒化物半導体層22とのオーミック接触を、導電粒子64によって達成することにより、発光ダイオード22の性能を劣化させることなくn側パッド電極を省略することを可能にした。これにより、本実施形態の発光装置1ではn側パッド電極を省略して、半導体積層体を横方向に伝搬する光の吸収量に寄与するn型窒化物半導体22と金属の接触面積を大幅に減少して、発光ダイオード2内で吸収される光量を減らしている。
なお、ここで「オーミック接触」とは、接続する半導体との接触抵抗が少ないことを意味している。
In the
Here, “ohmic contact” means that the contact resistance with the semiconductor to be connected is small.
また、発光装置1が、光の反射膜としても機能していたp側パッド電極を省略しているので、p側電極と直接接触しない光の反射膜を準備することができる。この光の反射膜は、実装基板4のp側導電部45であり、p側電極との密着性を要求されないことから反射率の高い金属材料を任意に選択することができる。そして、発光装置1が、n側及びp側パッド電極を省略しているので、発光ダイオードの製造工程からパッド電極を形成する工程を省けるので、発光装置の製造コストを下げることができる。
In addition, since the
本発明の発光装置は、発光ダイオード2と実装基板4とを異方性導電膜6により接続することにより、金属バンプや共晶層を不要にした。これにより、金属バンプのはみ出しや共晶層の回り込みによってn型窒化物半導体層22とp型窒化物半導体層24とが短絡する恐れがなくなり、保護膜60を省くことも可能になった。すなわち、従来の発光ダイオードを用いた発光装置では、n型窒化物半導体層22及びp型窒化物半導体層24の実装基板との接続面が部分的に保護膜60に覆われていたが、本発明の発光装置1は、n型窒化物半導体層22及びp型窒化物半導体層24の実装基板との接続面が全て露出して、異方性導電層6に接触している。n型及びp型窒化物半導体層22、24の接続面は、異方性導電層6の樹脂接着層62によって直接覆われている。これにより、保護膜60によって損失していた光が外部に取り出せるようになるので、発光装置の取出し効率が向上すると期待される。さらに、従来の発光ダイオード2の上面は、n側パット電極及びp側パット電極の上面部分を除いて、全て保護膜60によって絶縁されていたので、導電性酸化物電極25と基板電極を直接接続することができなかった。本実施形態の発光装置では、保護膜60を省くことにより、導電性酸化物電極25の全面に渡ってp側導電部43とを導通することができるので、発光ダイオード2の輝度分布が均一になる効果がある。また、絶縁層60を形成するのに必要としていた工程が不要になり、発光装置をコストダウンできる利点もある。
The light emitting device of the present invention eliminates the need for metal bumps and eutectic layers by connecting the
本発明の実装基板4は、発光ダイオード2を異方性導電層6でフリップチップ実装するための独特の形態を有しており、実装基板4の実装面41側に、発光ダイオード2の段差部26の凹部形状に対応した突出部46を備えている。図1の発光ダイオード2は、窒化物半導体層側から見たときに、段差部26が中央付近に形成されているので、実装基板4の突出部46も、実装面41側から見たときに、中央付近に形成されている。
The mounting
実装基板4は、導電性材料から成形することも、絶縁性材料から成形することもできる。これら実装基板の電気的性質により、n側導電部とp側導電部の形態が異なる。
図1の発光装置は、導電性の実装基板4を用いており、実装基板4の突出部46の上面47の上に、金属膜から成るn側導電部43を直接有して、実装基板4と導通している。また、突出部46の上面47の金属膜を省略して、実装基板4の突出部46をそのままn側導電部43として用いることも可能である。p側導電部45は、突起部46の上面及び側面を除く実装基板4の実装面41側に絶縁膜44を介して積層した金属膜から形成されている。n側導電部43及びp側導電部45は、Agの膜から形成するのが好ましく、メッキにより所定の位置に成膜することができる。
導電性実装基板4を作製する材料は、異方性導電層6の樹脂接着層62との密着性が良く導電粒子64に良好に導通する材料が好ましく、例えばSiのような半導体や、Cu/W等の金属の複合材料などが好適である。
The mounting
The light emitting device of FIG. 1 uses a conductive mounting
The material for producing the conductive mounting
これに対して、図2〜4には、絶縁性の実装基板4を用いた場合の例を示す。絶縁性実装基板4は、例えばガラスエポキシ積層基板、液晶ポリマー基板、ポリイミド樹脂基板、AlN等のセラミックス基板などから成形することができる。
On the other hand, FIGS. 2 to 4 show examples in the case where the insulating mounting
図2の絶縁性実装基板4では、突出部46の上面47から実装基板4の下面まで貫通したスルーホール48を備えており、スルーホール48には、金属ペースト等の導電材料が充填される。突出部46の上面47には、スルーホール48内の導電材料と導通した金属膜から成るn側導電部43が備えられている。そして、p側導電部45は、突起部46を除く実装基板4の実装面41側に成膜した金属膜から形成されている。n側導電部43及びp側導電部45は、Agの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。
2 includes a through
図3の絶縁性実装基板4は、突出部46の下端から実装基板4の縁部に向かう溝部49を有しており、n側導電部43は、突出部46の上面47から側面に沿って延び、さらに溝部49の中を通って実装基板4の縁部まで延びている。そして、p側導電部45は、突起部46と溝部49とを除く実装基板4の実装面41側に成膜した金属膜から形成されている。n側導電部43及びp側導電部45は、Agの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。
溝部49内のn側導電部43は、実装基板4表面のp側導電部45よりも下方に位置するので、発光ダイオード2と実装基板4とを異方性導電層6によって実装したときに、溝部49内のn側導電部43と導電性酸化物電極25とは、溝部49に充填される樹脂接着層62により絶縁される。
The insulating mounting
Since the n-side
図4の絶縁性実装基板4では、実装基板4の実装面41の全面にn側導電部43を構成する金属膜が形成されている。そして、実装面41の突出部46の上面及び側面を除くn側導電部43の上には、絶縁膜44とp側導電部45用の金属膜とが順次積層されている。n側導電部43及びp側導電部45は、Agの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。
In the insulating mounting
図5の絶縁性実装基板4は、図2〜4とは異なり、突出部46が金属材料から形成されている。この突出部46全体がn側導電部43であり、実装基板4の実装面41のうち突出部46を除く全面に形成された金属膜と一体に、又は別体に形成されている。突出部46と実装面41上の金属膜とは、電気的に接続されている。そして、実装面41の突出部46の上面及び側面を除くn側導電部43の上には、絶縁膜44とp側導電部45用の金属膜とが順次積層されている。n側導電部43はCuから、p側導電部45はAgの膜から形成するのが好ましく、いずれの導電部も、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。
5 differs from FIGS. 2 to 4 in that the protruding
上述のように、図1〜5のいずれの実装基板4も、発光ダイオード2の段差部26に露出したn型窒化物半導体層22の露出部27と導通するn側導電部43と、導電性酸化物電極25のほぼ全面と導通するp側導電部45とを備え、そして、異方性導電層6により発光ダイオード2を実装したときに、短絡を起こすことなく、導電性酸化物電極25の全面にわたってほぼ均一な電流を流すことができる。これにより、信頼性が高く、輝度むらの少ない発光素子を得ることができる。
As described above, any of the mounting
本発明の異方性導電層6は、絶縁体の樹脂接着層62と、樹脂接着層62の中に分散された導電粒子64とから構成されており、ペースト状の樹脂接着剤に導電粒子64を分散した異方性導電ペーストや、シート状に成形された樹脂接着シート内に導電粒子64が分散された異方性導電シートから形成することができる。
The anisotropic
異方性導電層6は、発光ダイオード2の実装時には、樹脂接着層61が軟化した状態にされており、実装基板4と発光ダイオード2との間に挟んで圧力をかけると、実装基板4の突起部46の上面47と発光ダイオード2のn型窒化物半導体層22の露出部27との隙間から樹脂接着層61が押し出され、そして、実装基板4のp側導電部45と発光ダイオード2の導電性酸化物電極25との隙間からも樹脂接着層61が押し出される。これにより、樹脂接着層61に分散されていた導電粒子64が、実装基板4の上面47と発光ダイオード2のn型窒化物半導体層22の露出部27との両方と接触した状態で挟まれ、また、実装基板4のp側導電部45と発光ダイオード2の導電性酸化物電極25との両方と接触した状態で挟まれる。これにより、n側導電部43と露出部27に露出したn型窒化物半導体層22とが導通し、p側導電部45と導電性酸化物電極25とが導通する。
The anisotropic
異方性導電層6は、実装時に圧力のかからない方向では樹脂接着層61が押し出されることがないので、導電性粒子64を介した導通が発生しない。よって、実装基板4の突起部46の側面と、段差部26の側面との間に電気的な接触を発生させることがない。また、本発明の発光装置1では、発光ダイオード2と実装基板4との間の隙間に異方性導電層6が充填されていてもよく、発光ダイオード2の段差部26の側面(n型窒化物半導体層22、活性層23、p型窒化物半導体層24、及び導電性酸化物電極25が露出している)と、実装基板4の突出部46との間が、導電粒子64の粒子径よりも大きければ、樹脂接着層6によって絶縁されるので、短絡する恐れがない。
The anisotropic
図6には導電粒子64の断面を示している。図6(A)のように、導電粒子64は、n型窒化物半導体22とオーミック接触する材料の粒子から形成することが好ましい。粒子を形成する材料としては、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo、W、Al又はこれらの合金のいずれかから形成されていると、n型窒化物半導体層22と良好なオーミック接触するので好ましい。
FIG. 6 shows a cross section of the
また、図6(B)に示すように、導電粒子64を、粒子の内部に芯粒子66を有する2層構造にすることもできる。芯粒子66には、樹脂材料や金属材料を用いることができるが、特に、Al、Ag、Pt、Rh、Ni又はこれらの合金のような光の反射率の高い金属材料を用いるのが好ましい。ここで、「芯粒子66」とは、導電粒子64の内部に位置する略球状又は略楕円球状の粒子であり、表面に金属を被覆して導電粒子64として使用するものである。芯粒子66が光の反射率の高い金属材料から成る2層構造の導電粒子64は、異方性導電層6の中に漏れ出してきた光のうち、導電粒子64に当たる光を芯粒子66が発光ダイオード2の方向に効率よく反射して、発光装置の取出し効率が向上する、という効果が期待できる。また、芯粒子66にAlを用いるのが最も好ましく、導電粒子64とn型窒化物半導体層22とのオーミック特性が、他の材料の芯粒子66を含む導電粒子64に比較して、最も良好になる。
In addition, as shown in FIG. 6B, the
導電粒子64の芯粒子66を被覆する表面層68は、芯粒子66のない導電粒子64と同様にTi、Zr、Hf、Cr、Mo、W、Al又はこれらの合金から形成すると、n型窒化物半導体層22及び導電性酸化物電極25と良好なオーミック接触できるので好ましい。
さらに、表面層68を、2層以上の材料を積層した積層体にすることもできる。表面層68のうち最も外側の層は、導電性材料から形成されており、特に、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo、W、Al又はこれらの合金のいずれかから形成されていると、n型窒化物半導体層22及び導電性酸化物電極25と良好なオーミック接触できるので好ましい。表面層68の最外層以外の層には、任意の材料から形成された層を含むことができ、例えば、任意の金属材料から成る金属層や、芯材料66をポリマーコーティングして形成されたポリマー層を含むことができる。このような表面層68を含む導電粒子64は、少なくとも導電性材料から成る最外層によって、発光ダイオード2と実装基板4とを確実に導通することができる。
When the
Furthermore, the
また、本実施形態の発光装置は、使用する発光ダイオードの製造工程のうち、n側及びp側パッド電極の形成工程と、保護膜形成工程との2工程を省略することができるので、従来の発光ダイオードを使用した発光装置に比べて製造コストを抑えることができる。 In addition, the light emitting device of the present embodiment can omit the two steps of forming the n-side and p-side pad electrodes and the protective film forming step in the manufacturing process of the light emitting diode to be used. Manufacturing costs can be reduced compared to a light emitting device using a light emitting diode.
実施形態2
実施形態2にかかる発光装置1は、発光ダイオード2がp側パッド電極54を備えており、n側パッド電極52を備えていないことを除いては、実施形態1と同様である。
図7に示すように、本実施形態の発光装置1の発光ダイオード2には、p側電極25の上面にp側パッド電極54が形成されている。p側パッド電極54は、p側電極25との密着性が良好な材料から形成されている。例えば、p側電極25がNi/Au膜等の金属膜や、ITO、ZnO、In3O3、SnO2、又はMgO等の導電性酸化物膜から形成されている場合には、p側パッド電極54は、Ti/Au積層膜、Rh/Pt/Au積層膜、Ti/Rh積層膜、又はW/Pt/Au積層膜から形成することができる。
The
As shown in FIG. 7, the p-
p側パッド電極54は、図7のようにp側電極25の表面の一部に形成してもよいが、p側電極25の全面に形成するのが好ましく、p型窒化物半導体層25の全体に、均一に電流を流すことができる。また、p側電極25が透光性を有する場合には、発光ダイオードで発光した光の一部がp側電極25を透過してp側パッド電極54に達する。よって、p側パッド電極54に使用する材料は、発光ダイオードの発光波長の光に対する反射率ができるだけ高い材料、例えばRh等を選択するのが好ましく、光の取出し効率を良好に維持することができる。
The p-
本実施形態の発光装置1では、p側パッド電極54があることにより、p側導電部45とp側パッド電極54とが異方性導電膜6の導電粒子64によって導通される。また、実施形態1と同様に、n側導電部43と露出部27に露出したn型窒化物半導体層22とが導電粒子64によって導通される。よって、導電粒子64の少なくとも表面側の金属材料を、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo、W、Al又はこれらの合金のいずれかから選択すると、n型窒化物半導体層22と良好なオーミック接触するので好ましい。
In the
本実施形態では、発光ダイオードのn側パッド電極52がないので、横方向に伝搬する光の吸収が減少して、発光ダイオードの光の取出し効率が良好になる。これにより、輝度の高い発光装置を得ることができる。
In the present embodiment, since there is no n-
実施形態3
実施形態3にかかる発光装置1は、発光ダイオード2がn側パッド電極52を備えており、p側パッド電極54を備えていないことを除いては、実施形態1と同様である。
図8に示すように、本実施形態の発光装置1の発光ダイオード2には、段差部26から露出しているn型窒化物半導体22にn側パッド電極52が形成されている。n側パッド電極52は、n型窒化物半導体22とオーミック接触可能な材料から形成されており、例えばW、Pt、Auを含む材料から形成することができる。
The light-emitting
As shown in FIG. 8, in the
p側電極25は、透光性を有する導電酸化物から形成しており、発光ダイオードで発光した光の一部がp側電極25を透過してp側導電部45に到達する。そこで、p側導電部45に使用する材料は、発光ダイオードの発光波長の光に対す反射率が75%以上の金属材料から形成すると、従来のp側パッド電極に比べて光の損失量を減らすことができるので、発光装置の光の取出し効率が向上する。p側導電部45に適した金属材料としては、窒化物半導体から成る発光ダイオードの発光波長であれば、Al、Ag、Pt、Rh又はこれらの合金を挙げることができる。このように、本実施形態の発光装置では、p側導電部45がp側電極25と直接に接触せず、p側パッド電極54のように密着性により制限を受けないので、p側導電部45に光の反射率の良好な材料を任意に選択することができる。
The p-
本実施形態の発光装置1では、n側パッド電極52があることにより、n側導電部43とn側パッド電極52とが異方性導電膜6の導電粒子64によって導通される。n側パッド電極52が、図8に図示したよりも厚く、その表面がp側電極25とほぼ面一又はわずかに突出する程度である場合には、凸部46を形成していない実装基板4を使用することも可能である。
なお、実施形態1と同様に、p側導電部45とn側電極25とが導電粒子64によって導通される。
In the
As in the first embodiment, the p-side
本実施形態では、発光ダイオードのp側パッド電極がないので、透光性のp側電極25から漏れ出た光がp側パッド電極で反射されない。よって、p側電極25との密着性によって反射率を高めることのできなかったp側パッド電極に代えて、実装基板4に形成されたp側導電部45に反射率の高い材料を用いることで、p側電極25から漏れ出た光の反射率が上昇し、発光装置の光の取出し効率を向上することが可能である。
In this embodiment, since there is no p-side pad electrode of the light emitting diode, light leaking from the light-transmitting p-
この実施例の発光装置を、図1に基づき説明する。
発光ダイオード2は、サファイア基板21の上に、AlGaNよりなるバッファ層(図示せず)、ノンドープGaN層(図示せず)が積層され、その上に、n型窒化物半導体層22として、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層、GaN層とInGaN層とを交互に積層させた超格子のn型クラッド層が積層され、さらにその上に、最初にアンドープGaNからなる障壁層と続いてInGaNからなる井戸層とのInGaNからなる第1の障壁層とのアンドープGaNからなる第2の障壁層が繰り返し交互に積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層23、p型窒化物半導体層24として、MgドープAlGaN層とMgドープInGaN層とが交互に積層された超格子のp型クラッド層、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
The light emitting device of this embodiment will be described with reference to FIG.
In the light-emitting
n型窒化物半導体層22の一部の領域においては、その上に積層された活性層23及びp型窒化物半導体層24をエッチングにより除去して段差部26を形成し、さらにn型窒化物半導体層22自体の厚さ方向の一部も除去してn型窒化物半導体層の22を形成している。
p型窒化物半導体層24上には、ほぼ全面に、ITOからなる導電性酸化物電極25が形成されている。
In a partial region of the n-type
On the p-type
この実施例1の発光装置1は、以下の製造方法により作製した。
<半導体層22〜24の形成>
2インチφのサファイア基板1の上に、MOVPE反応装置を用い、Al0.1Ga0.9Nよりなるバッファ層を100Å、ノンドープGaN層を1.5μm、n型窒化物半導体層22として、SiドープGaNよりなるn型コンタクト層を2.165μm、GaN層(40Å)とInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子のn型クラッド層を640Å、最初に膜厚が250ÅのアンドープGaNからなる障壁層と続いて膜厚が30ÅのIn0.3Ga0.7Nからなる井戸層と膜厚が100ÅのIn0.02Ga0.98Nからなる第1の障壁層と膜厚が150ÅのアンドープGaNからなる第2の障壁層が繰り返し交互に6層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層23(総膜厚1930Å)、p型窒化物半導体層24として、MgドープAl0.1Ga0.9N層(40Å)とMgドープInGaN層(20Å)とを交互に10回積層させた超格子のp型クラッド層を0.2μm、MgドープGaNよりなるp型コンタクト層を0.5μmの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製する。
The
<Formation of Semiconductor Layers 22-24>
Using a MOVPE reactor on a 2-inch
<段差部26の形成>
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、600℃にてアニールし、p型クラッド層及びp型コンタクト層をさらに低抵抗化する。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングして段差部26を形成し、n型コンタクト層を露出させた。
<Formation of the
The obtained wafer is annealed in a reaction vessel at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type cladding layer and the p-type contact layer.
After annealing, the wafer is taken out from the reaction vessel, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and a
<導電性酸化物電極25の形成>
マスクを除去した後、スパッタリング装置にウェハを設置し、In2O3とSnO2との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタリング装置内に設置して、加速電圧200kVでITOの導電性酸化物電極25を形成した。
<Formation of
After removing the mask, a wafer is placed in the sputtering apparatus, an oxide target made of a sintered body of In 2 O 3 and SnO 2 is placed in the sputtering apparatus, and an ITO conductive oxide at an acceleration voltage of 200 kV. An
得られるウェハを所定の箇所で分割することにより、発光ダイオード2を得る。本発明の発光装置に使用する発光ダイオード2は、n型窒化物半導体層22の露出部27及び導電性酸化物電極25に、n側及びp側のパッド電極を備えていない。
The
<実装基板4の形成>
実装基板4は、導電性材料のSiから突起部46を備えた形状に成形された。実装基板4には、突起部46を除く実装基板4の実装面41側に、絶縁膜44と、Ag膜から成るp側導電部45とがこの順に積層された。また、突起部46の上面47には、Ag膜から成るn側導電部43が形成されている。p側導電部45及びn側導電部43は、いずれもメッキにより形成することができる。
<Formation of mounting
The mounting
<発光ダイオード2の実装>
中心粒径5μmのAl粒子を芯粒子66とし、その表面にTiの表面層68を厚さ100Åに被覆して導電粒子64を得た。樹脂接着剤としてシリコーン樹脂を使用し、その中に、導電粒子64を5vol%添加して異方性導電ペーストを得た。
この異方性導電ペーストを、実装基板4の実装面41に、厚さ10μm以上20μm以下の範囲となるよう塗布し、次いで発光ダイオード2を、導電性酸化物電極25が実装基板4の実装面41に対向する向きで、且つ実装基板4の突出部46が発光ダイオード2の段差部26にはまるように位置合わせして、実装基板4の実装面41に載置する。そして、実装基板4と発光ダイオード2とを近づける方向に圧力をかけて、実装基板4と発光ダイオード2との間の所定領域の導通を確立した状態でシリコーン樹脂を加熱硬化して、発光ダイオード2を実装して、発光装置1を得た。
<Mounting of
Al particles having a central particle diameter of 5 μm were used as
This anisotropic conductive paste is applied to the mounting
以上のようにして得られた発光装置1は、駆動電圧が20mA、主波長が470nm、順方向電圧が3.2Vであり、明るさが15.5mWであった。
The
(比較例)
図9に示した比較例の発光素子を説明する。導電性酸化物電極25の表面にp側パッド電極54を、露出したn型窒化物半導体層22の表面にn側パッド電極52を設ける他は実施例1と同様である。
(Comparative example)
The light emitting element of the comparative example shown in FIG. 9 will be described. Example 1 is the same as Example 1 except that a p-
<n側及びp側パッド電極の形成>
エッチングにより露出させたn型窒化物半導体層22の露出部27に、ボンディング用のW、Pt、Auを含むn側パッド電極52を形成した。一方、p型窒化物半導体24の表面に形成した導電性酸化物電極25の上に、n側パッド電極52と同一工程にてW、Pt、Auを含むn側パッド電極52と同じ部材からなるp側パッド電極54を形成した。
<Formation of n-side and p-side pad electrodes>
An n-
n側及びp側パッド電極52、54を設けた発光ダイオード2を備える発光素子1は、駆動電圧が20mA、主波長が470nm、順方向電圧が3.1Vであり、明るさが14mWと、本発明の発光素子に比較して暗い装置であった。また、発光ダイオードの製造において、n側及びp側パッド電極の形成工程を含むので、実施例1に比べてコスト高になった。
The light-emitting
本発明の発光装置は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源に好適に利用することができ、また、発光素子としては、発光ダイオードのみならず窒化物半導体レーザ素子を用いることもできる。さらに発光装置のみならず、受光装置など他の半導体素子を備えた装置にも適用可能である。 The light-emitting device of the present invention can be suitably used for various light sources such as a backlight light source, a display, illumination, and a vehicle lamp, and as the light-emitting element, not only a light-emitting diode but also a nitride semiconductor laser element is used. You can also. Furthermore, it is applicable not only to a light emitting device but also to a device including other semiconductor elements such as a light receiving device.
1 発光装置
2 発光ダイオード
4 実装基板
6 異方性導電層
22 n型窒化物半導体層
24 p型半導体層
23 段差部
27 下段部
43 n側導電部
45 p側導電部
46 突出部
62 樹脂接着層
64 導電粒子
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記n型窒化物半導体及び前記n側導電部と直接接触していることを特徴とする発光装置。 a light emitting device having an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-side electrode formed on the surface of the p-type nitride semiconductor layer;
A mounting substrate having an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer and a p-side conductive portion electrically connected to the p-side electrode;
A resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and an anisotropic conductive layer that includes conductive particles dispersed in the resin adhesive layer,
The conductive particle is formed of a metal material at least on the surface, and is in direct contact with the n-type nitride semiconductor and the n-side conductive portion.
前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、前記p側電極及び前記p側導電部と直接接触していることを特徴とする発光装置。 Light emission having an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-side electrode formed on almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer Elements,
A mounting substrate having an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer and a p-side conductive portion electrically connected to the p-side electrode;
A resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and an anisotropic conductive layer that includes conductive particles dispersed in the resin adhesive layer,
The light-emitting device, wherein the conductive particles are in direct contact with the p-side electrode and the p-side conductive part.
前記n型窒化物半導体層と電気的に接続するn側導電部と、前記p側電極と電気的に接続するp側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記n型窒化物半導体及び前記n側導電部と直接接触し、且つ前記p側電極及び前記p側導電部と直接接触していることを特徴とする発光装置。 Light emission having an n-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor layer stacked on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-side electrode formed on almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer Elements,
A mounting substrate having an n-side conductive portion electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer and a p-side conductive portion electrically connected to the p-side electrode;
A resin adhesive layer that adheres the mounting substrate and the light emitting element, and an anisotropic conductive layer that includes conductive particles dispersed in the resin adhesive layer,
The conductive particles have at least a surface formed of a metal material, are in direct contact with the n-type nitride semiconductor and the n-side conductive portion, and are in direct contact with the p-side electrode and the p-side conductive portion. A light emitting device characterized.
前記実装基板が、前記発光素子の段差部の形状に対応して成形された基板突出部を備えていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
The light-emitting element has a step portion formed so that a part of the n-type nitride semiconductor layer is exposed on the surface on the p-type nitride semiconductor layer side,
9. The light emitting device according to claim 1, wherein the mounting substrate includes a substrate protruding portion formed corresponding to the shape of the stepped portion of the light emitting element.
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