JP2013201456A - 複数の発光セルを有する発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上面にN領域の凸部とP領域の凹部を含む基板と、前記基板の上面を覆う誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された複数の電極層及び複数のボンディングパッドと、前記電極層上に設けられる複数の発光セルと、前記複数の発光セルと前記複数の電極層とを相互に接続する金属バンプとを含み、前記複数の電極層はそれぞれ隣接する一対の前記N領域の凸部と前記P領域の凹部とを接続し、前記複数の発光セルは、前記金属バンプを通じて接続される前記複数の電極層により直列に接続されることを特徴とする発光素子。
【選択図】図7
Description
図1を参照すると、所定の基板10、例えば、サブマウント基板またはリードフレーム上に第1および第2の電極12、14を形成し、これらの電極上に半田22、24を形成する。それから、発光素子20を基板10に接合する。この際、発光素子20のP型半導体層およびN型半導体層がそれぞれ半田22、24と接合される。その後、発光素子20が接合された基板10を封入する。
また、本発明の他の目的は、発光素子の熱的負担を減らし、発光効率も向上させることができる発光素子を提供することにある。
またさらに、本発明の他の目的は、発光素子を搭載することにより、交流電源に直接接続して駆動可能なパッケージを提供することにある。
またさらに、本発明の他の目的は、サブマウントまたはリードフレームに搭載する工程が複雑になることを防止することができる発光素子を提供することにある。
P型半導体層とP型ボンディングパッドは、P型金属バンプを介して電気的に接続され、N型半導体層とN型ボンディングパッドは、N型金属バンプを介して電気的に接続されてもよい。
一方、複数の発光セルのそれぞれは、基板上に形成されるバッファ層を備えてもよい。
N型半導体層は、バッファ層上に形成され、活性層は、N型半導体層の一部の上に形成されてもよい。さらに、P型半導体層は、活性層上に形成されてもよい。
これに加えて、第1の金属層は、P型半導体層上に形成され、第2の金属層は、第1の金属層上に形成されてもよい。第1の金属層は、透明電極であってもよく、第2の金属層は、反射膜であってもよい。
発光素子は、N型金属バンプ及びP型金属バンプを介して、リードフレームまたはサブマウント基板上に搭載される。
これに加えて、上記1つの発光セルのN型半導体層上に形成されたN型金属バンプの上部面と、上記他の一つの発光セルのP型半導体層上に形成されたP型金属バンプの上部面は、接続電極の上部面の高さと比べて、少なくとも同一平面上に位置してもよい。すなわち、接続電極の上部面は、N型及びP型金属バンプの上部面の下方、または同一の高さに位置する。
一方、基板は、凹部及び凸部を有してもよく、凸部がN領域と定義され、前記凹部が前記P領域と定義されてもよい。
ボンディングパッドは、それぞれボンディングワイヤを介して金属リードと電気的に接続されてもよく、または、サブマウント基板に形成された回路を介して直接金属リードに電気的に接続されてもよい。
図2を参照すると、発光セル31a、31b、31cが直列接続され、第1の直列アレイ31を形成し、他の発光セル33a、33b、33cが直列接続され、第2の直列アレイ33を形成する。
一方、第1及び第2の直列アレイ31、33は、互いに反対方向に流れる電流により発光セルが駆動するように配置される。すなわち、図に示すように、第1直列アレイ31に含まれた発光セルのアノード及びカソードと、第2直列アレイ33に含まれた発光セルのアノード及びカソードとは、互いに反対方向に配置される。
たとえば、一つの発光ダイオードで構成された発光チップを、図2の回路のように連結し、交流電源を用いて駆動させることができるが、発光チップが占有する空間が増加する。しかし、本発明の発光素子は、一つのチップに交流電源を接続して駆動させることができるので、発光素子が占有する空間が増加しない。
基板110上に、バッファ層120、N型半導体層130、活性層140、P型半導体層150を順次に形成する。
これらの物質層は、有機金属化学気相成長法(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、分子線エピタキシー(MBE;Molecular Beam Epitaxy)、水素化物気相成長法(HVPE;Hydride Vapor Phase Epitaxy)等を含む多様な蒸着及び成長方法により形成される。
以降、全体構造上に金属膜を蒸着した後、第2の感光膜パターンにより露出した第1の金属層160の上部に形成された金属膜と、N型半導体層130の上部に形成された金属膜を除いた残りの領域の金属膜及び第2の感光膜パターンを除去する。その結果、第1の金属層160上には、P型金属バンプ170が形成され、N型半導体層130上には、N型金属バンプ180が形成される。
図5を参照すると、サブマウント基板2000は、複数のN領域BとP領域Aが定義された基板200と、基板200の表面に形成された誘電体膜210と、隣接したN領域BとP領域Aをそれぞれ一つに連結する複数の電極層230を含む。また、一方のエッジに位置したP領域Aまで延長されたP型ボンディングパッド240と、他方のエッジに位置したN領域Bまで延長されたN型ボンディングパッド250をさらに有する。
この時、基板200としては、熱伝導性を有する多様な物質を用いてもよく、例えば、SiC、Si、Ge、SiGe、AlN、金属等を用いてもよい。
電極層230、N型ボンディングパッド250、およびP型ボンディングパッド240は、電気伝導性に優れた金属で形成される。
基板200に凸部及び凹部を形成してN領域BおよびP領域Aを定義する。N領域BとP領域Aは、接合される発光セルのN型金属バンプ180とP型金属バンプ170の大きさに応じて、その幅と高さおよび形状が極めて多様に変化され得る。
その後、上述した発光セルブロック1000とサブマウント基板2000を接合して発光素子が製造される。
図6を参照すると、発光セルブロック1000のP型及びN型金属バンプ170、180が、サブマウント基板2000のN領域B及びP領域Aに接合されるが、図に示すように、隣接した二つの発光セルのN型金属バンプ180とP型金属バンプ170が、サブマウント基板2000の電極層230により接続される。発光セルブロック1000内の一方のエッジに位置したP型金属バンプ170は、サブマウント基板2000のP型ボンディングパッド240に接続され、他方のエッジに位置したN型金属バンプ180は、サブマウント基板2000のN型ボンディングパッド250に接合される。
好ましくは、10〜1000個の発光セルが形成された発光セルブロック1000を、サブマウント基板2000に接合させ、発光セルがサブマウント基板2000により直列接続された発光素子を形成することができる。
例えば、図7に示すように、複数の発光セルが、図6の基板110により連結された発光セルブロック1000の形態ではなく、個々の発光セル100a、100b、100cがサブマウント基板2000上に互いに離隔して位置してもよい。この際、隣接した発光セル100a〜100cのN型金属バンプ170とP型金属バンプ180がサブマウント基板2000に形成された電極層230により電気的に接続される。
図9は、本発明の他の実施形態に係る発光素子50を示す断面図である。
図9を参照すると、発光素子50は、基板51及び基板51上に形成された複数の発光セルを有する。基板51は、その上に形成すべき半導体層の格子定数を考えて選択される。例えば、基板51上にGaN系列の半導体層が形成される場合、基板51は、サファイア基板であってもよい。
金属バンプ67aの厚さは、0.01〜100nmであってもよく、金属バンプ67a、67bの上部面は、接続電極65の上部面よりも高く位置する。
図10を参照すると、発光素子70は、図9を参照して説明した発光素子50と同一の構成要素を含む。以下では、本実施形態の発光素子70が、発光素子50と異なる部分について説明する。
図11は、リードフレーム上に発光素子70を搭載したパッケージを示す断面図であり、図12及び図13は、サブマウント基板上に発光素子70を搭載したパッケージを示す断面図である。
図11を参照して説明したように、発光素子70の代わりに、図9の発光素子50が搭載されてもよい。
また、発光素子70の代わりに、図9の発光素子50が搭載されてもよい。
31a、31b、31c、33a、33b、33c 発光セル
33 第2の直列アレイ
35 交流電源
50、70 発光素子
51、110 (サファイア)基板
53、120 バッファ層
55、130 N型半導体層
57、140 活性層
59、150 P型半導体層
61、63 金属層
65、75 接続電極
67a、67b 金属バンプ
100a、100b、100c 発光セル
101a、101b 金属リード
103 パッケージ本体
105 モールド部材
107 ヒートシンク
160 第1の金属層
170 P型金属バンプ
180 N型金属バンプ
200 基板
201a、201b、301a、301b ボンディングパッド
203a、203b ボンディングワイヤ
210 誘電体膜
230 電極層
240 P型ボンディングパッド
250 N型ボンディングパッド
1000 発光セルブロック
201、2000 サブマウント基板
3000、4000、5000 パッケージ
Claims (7)
- 上面にN領域の凸部とP領域の凹部を含む基板と、
前記基板の上面を覆う誘電体膜と、
前記誘電体膜上に形成された複数の電極層及び複数のボンディングパッドと、
前記電極層上に設けられる複数の発光セルと、
前記複数の発光セルと前記複数の電極層とを相互に接続する金属バンプと
を含み、
前記複数の電極層はそれぞれ隣接する一対の前記N領域の凸部と前記P領域の凹部とを接続し、
前記複数の発光セルは、前記金属バンプを通じて接続される前記複数の電極層により直列に接続される
ことを特徴とする発光素子。 - 前記基板は、熱伝導性を有する物質であることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
- 前記ボンディングパッドは、前記基板の一端に位置するP領域の凹部へと延長されたP型ボンディングパッドと、前記基板の他端に位置するN領域の凸部へと延長されたN型ボンディングパッドとを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光素子。
- 前記基板はSiC、Si、Ge、SiGe、AlN、金属のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の発光素子。
- 前記複数の発光セルは互いに離隔して位置することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の発光素子。
- 前記基板に対向して前記複数の発光セル上に設けられる他の基板をさらに含み、
前記複数の発光セルは前記他の基板に接合されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の発光素子。 - 前記発光セルと前記金属バンプとの間に反射膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
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