JP2018125457A - 窒化物半導体発光装置及び窒化物半導体発光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】窒化物半導体ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置の半導体チップで発生した熱を、短絡リスクを内在させず、煩雑な製造工程を伴わずに、効率良く基体へ逃がす。【解決手段】窒化物半導体発光装置10は、半導体チップ1と基体2と第一接続体3と第二接続体4と放熱用金属体5A,5Bを有する。半導体チップは、基板11と第一導電型の第一窒化物半導体層12と窒化物半導体活性層13と、第二導電型の第二窒化物半導体層14と第一電極15A,15Bと第二電極16を備える。基体は、基板の一面110と向かい合う対向面21に、第三電極25A,25Bと第四電極26を有する。第一接続体3は第一電極と第三電極を、第二接続体4は第二電極と第四電極を電気的に接続する。放熱用金属体は、第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップ1と基体2とを接続している。【選択図】図1
Description
本発明は窒化物半導体発光装置に関する。
窒化物半導体発光装置は、発光層である窒化物半導体活性層の組成を制御することにより深紫外から赤外まで発光波長を制御することができ、照明や計測器用光源、殺菌光源など様々な用途で利用されている。
窒化物半導体発光装置の一般的な形態では、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが、外部金属線との接続部を有する回路基板に実装されている。この形態の一つであるフリップチップ構造の窒化物半導体発光装置では、半導体チップの一方の面にp型電極とn型電極が形成され、この面とパッケージ基板とを対向させて金ボールなどで接続され、半導体チップの他方の面から光が放射される。このp型電極およびn型電極は、パッケージ基板上の対応する正極電極金属線、負極電極金属線と電気的に接合され、外部からの電圧印加により電流を半導体チップへ流す役割を担う。
窒化物半導体発光装置の一般的な形態では、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが、外部金属線との接続部を有する回路基板に実装されている。この形態の一つであるフリップチップ構造の窒化物半導体発光装置では、半導体チップの一方の面にp型電極とn型電極が形成され、この面とパッケージ基板とを対向させて金ボールなどで接続され、半導体チップの他方の面から光が放射される。このp型電極およびn型電極は、パッケージ基板上の対応する正極電極金属線、負極電極金属線と電気的に接合され、外部からの電圧印加により電流を半導体チップへ流す役割を担う。
発光効率の高い窒化物半導体発光装置を実現するためには、電子・正孔を外部から素子の活性層まで輸送するキャリア注入効率、活性層において電気を光へと変換する内部量子効率、内部で生成した光を外部へ取り出す光取り出し効率、およびこれら三つの効率の積で表現される外部量子効率を向上させる必要がある。外部量子効率を向上させるには、電子を半導体層へ注入するn型電極、正孔を半導体層へ注入するp型電極の配置が非常に重要である。
電流が局所的に集中すると、「電流ドループ」と呼ばれる電子注入効率、あるいは内部量子効率が低下する現象が起こり、発光効率が低下する。各電極を適切に配置することで、窒化物半導体発光装置内、特に窒化物半導体活性層での均一な電流密度・発光密度が実現され、電流ドループを抑制し、高い外部量子効率が達成される。
電流が局所的に集中すると、「電流ドループ」と呼ばれる電子注入効率、あるいは内部量子効率が低下する現象が起こり、発光効率が低下する。各電極を適切に配置することで、窒化物半導体発光装置内、特に窒化物半導体活性層での均一な電流密度・発光密度が実現され、電流ドループを抑制し、高い外部量子効率が達成される。
窒化物半導体発光装置の発光出力を高める方法としては、上述のように発光効率を高める方法の他に、半導体チップの発光層に流す電流を大きくする方法がある。ここで、窒化物半導体装置に投入した電力のうち、外部へ光として取り出すことのできないエネルギーは全て熱に変換される。
そのため、大電流を流すために投入電力を大きくすることは、半導体チップで発生する熱を増加させて、窒化物半導体発光装置の温度が上昇し、発光出力の低下や、ショート不良やオープン不良に起因して突然発光が得られなくなる不良を誘発するおそれがある。よって、特に大電流を流す窒化物半導体発光装置においては、発生する熱を外部へ放熱する放熱設計が非常に重要である。
そのため、大電流を流すために投入電力を大きくすることは、半導体チップで発生する熱を増加させて、窒化物半導体発光装置の温度が上昇し、発光出力の低下や、ショート不良やオープン不良に起因して突然発光が得られなくなる不良を誘発するおそれがある。よって、特に大電流を流す窒化物半導体発光装置においては、発生する熱を外部へ放熱する放熱設計が非常に重要である。
特許文献1には、フリップチップ構造の窒化物半導体発光装置において、半導体チップの電極面に保護絶縁膜を介してメッキ電極を配置することで、放熱面積を増やして放熱性を高める構造が開示されている。
特許文献1に記載されているフリップチップ構造の窒化物半導体発光装置は、高い放熱性を実現可能であるが、保護絶縁膜が絶縁破壊を起こしてショート(短絡)するリスクを内在している。また、製造工程が煩雑になるため、量産には適していないという問題もある。
本発明の課題は、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置として、短絡リスクが内在せず、煩雑な製造工程を伴わず、半導体チップで発生した熱を効率良く基体へ逃がすことができるものを提供することである。
本発明の課題は、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置として、短絡リスクが内在せず、煩雑な製造工程を伴わず、半導体チップで発生した熱を効率良く基体へ逃がすことができるものを提供することである。
上記課題を達成するために、本発明の一態様の窒化物半導体発光装置は、下記の構成要件(a)〜(e)を有する。
(a)基板と、基板の一面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成された第一電極と、第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、を有する半導体チップを備える。
(b)基板の一面と向かい合う対向面を有し、この対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている基体を備える。
(c)半導体チップの第一電極と基体の第三電極とを電気的に接続している第一接続体を備える。
(d)半導体チップの第二電極と基体の第四電極とを電気的に接続している第二接続体を備える。
(e)第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している放熱用金属体を備える。
(a)基板と、基板の一面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成された第一電極と、第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、を有する半導体チップを備える。
(b)基板の一面と向かい合う対向面を有し、この対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている基体を備える。
(c)半導体チップの第一電極と基体の第三電極とを電気的に接続している第一接続体を備える。
(d)半導体チップの第二電極と基体の第四電極とを電気的に接続している第二接続体を備える。
(e)第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している放熱用金属体を備える。
本発明の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置であり、短絡リスクが内在せず、煩雑な製造工程を伴わず、半導体チップで発生した熱を効率良く基体へ逃がすことが可能である。これに伴い、熱による発光効率の低下が抑制され、高い発光効率を実現することが可能になる。
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
[第一実施形態]
図1に示すように、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、半導体チップ1と、パッケージ基板(基体)2と、金メッキ体(第一接続体)3A,3Bと、金メッキ体(第二接続体)4と、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bを有する。
半導体チップ1は、基板11と、n型窒化物半導体層(第一導電型の第一窒化物半導体層)12と、窒化物半導体活性層13と、p型窒化物半導体層(第二導電型の第二窒化物半導体層)14と、n型電極(第一電極)15A,15Bと、p型電極(第二電極)16を有する。つまり、半導体チップ1は窒化物半導体発光ダイオードである。
図1に示すように、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、半導体チップ1と、パッケージ基板(基体)2と、金メッキ体(第一接続体)3A,3Bと、金メッキ体(第二接続体)4と、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bを有する。
半導体チップ1は、基板11と、n型窒化物半導体層(第一導電型の第一窒化物半導体層)12と、窒化物半導体活性層13と、p型窒化物半導体層(第二導電型の第二窒化物半導体層)14と、n型電極(第一電極)15A,15Bと、p型電極(第二電極)16を有する。つまり、半導体チップ1は窒化物半導体発光ダイオードである。
n型窒化物半導体層12は、基板11の一面110上に形成されている。基板11の一面110は、n型窒化物半導体層12が形成されていない半導体層非形成面111を有する。n型窒化物半導体層12は、厚い部分121と、それ以外の部分である薄い部分122を有する。n型窒化物半導体層12は、例えばn−AlGaN層である。
窒化物半導体活性層13は、n型窒化物半導体層12の厚い部分121に形成されている。つまり、窒化物半導体活性層13は、第一窒化物半導体層12上の一部に形成されている。
窒化物半導体活性層13は、n型窒化物半導体層12の厚い部分121に形成されている。つまり、窒化物半導体活性層13は、第一窒化物半導体層12上の一部に形成されている。
p型窒化物半導体層14は、窒化物半導体活性層13上に形成されている。
n型電極15A,15Bは、n型窒化物半導体層12の薄い部分122に形成されている。つまり、n型電極15A,15Bは、n型窒化物半導体層12上の窒化物半導体活性層13が形成されていない部分に形成されている。
p型電極16は、p型窒化物半導体層14上に形成されている。
パッケージ基板2は、基板11の一面110と向かい合う対向面21を有する。パッケージ基板2の対向面21に、半導体チップ1のn型電極15A,15Bと向かい合うn型電極(第三電極)25A,25Bと、半導体チップ1のp型電極16と向かい合うp型電極(第四電極)26が形成されている。
n型電極15A,15Bは、n型窒化物半導体層12の薄い部分122に形成されている。つまり、n型電極15A,15Bは、n型窒化物半導体層12上の窒化物半導体活性層13が形成されていない部分に形成されている。
p型電極16は、p型窒化物半導体層14上に形成されている。
パッケージ基板2は、基板11の一面110と向かい合う対向面21を有する。パッケージ基板2の対向面21に、半導体チップ1のn型電極15A,15Bと向かい合うn型電極(第三電極)25A,25Bと、半導体チップ1のp型電極16と向かい合うp型電極(第四電極)26が形成されている。
金メッキ体3A,3Bは、半導体チップ1のn型電極15A,15Bと、パッケージ基板2のn型電極25A,25Bと、をそれぞれ電気的に接続している。金メッキ体4は、半導体チップ1のp型電極16と、パッケージ基板2のp型電極26と、を電気的に接続している。つまり、金メッキ体(第一接続体)3および金メッキ体(第二接続体)4により、半導体チップ1がパッケージ基板2にフリップチップ実装されている。
金メッキ体5A,5Bは、半導体チップ1の幅方向(図1の左右方向)の両端部で、半導体チップ1の基板11の半導体層非形成面111と、パッケージ基板2の対向面21の半導体層非形成面111と対向する面21aと、を接続している。この面21aは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。このようにして、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bは、n型電極15A,15B、p型電極16、n型電極25A,25B、およびp型電極26と接触せずに、半導体チップ1とパッケージ基板2の絶縁部とを接続している。
金メッキ体5A,5Bは、半導体チップ1の幅方向(図1の左右方向)の両端部で、半導体チップ1の基板11の半導体層非形成面111と、パッケージ基板2の対向面21の半導体層非形成面111と対向する面21aと、を接続している。この面21aは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。このようにして、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bは、n型電極15A,15B、p型電極16、n型電極25A,25B、およびp型電極26と接触せずに、半導体チップ1とパッケージ基板2の絶縁部とを接続している。
第一実施形態の窒化物半導体発光装置10を製造する際には、先ず、半導体チップ1のn型電極15A,15B、p型電極16、基板11の半導体層非形成面111に、無電解メッキ法により金をそれぞれ柱状に堆積する。次に、各堆積物の軸方向端部を熱で溶融して、パッケージ基板2の対向面21の各位置(n型電極25A,25B、p型電極26、面21a)に接着する。これにより、柱状の金メッキ体3A,3B、柱状の金メッキ体4、柱状の金メッキ体5A,5Bで、半導体チップ1とパッケージ基板2が結合される。
第一実施形態の窒化物半導体発光装置10において、半導体チップ1で発生した熱は、金メッキ体(第一接続体)3A,3B、金メッキ体(第二接続体)4、および金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bから、パッケージ基板2に伝達される。つまり、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bを有さない場合よりも、半導体チップ1で発生した熱のパッケージ基板2への伝達量が多くなるため、放熱効率が向上する。
第一実施形態の窒化物半導体発光装置10において、半導体チップ1で発生した熱は、金メッキ体(第一接続体)3A,3B、金メッキ体(第二接続体)4、および金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bから、パッケージ基板2に伝達される。つまり、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bを有さない場合よりも、半導体チップ1で発生した熱のパッケージ基板2への伝達量が多くなるため、放熱効率が向上する。
また、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10によれば、半導体チップ1の幅方向の両端部で、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bにより半導体チップ1とパッケージ基板2とを接続しているため、半導体チップ1で発生した熱を金メッキ体5A,5Bからパッケージ基板2に効率良く逃がすことができる。
これに伴い、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、熱による発光効率の低下が抑制され、高い発光効率を実現することが可能になる。また、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、短絡リスクが内在せず、煩雑な工程を伴わずに製造できる。
これに伴い、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、熱による発光効率の低下が抑制され、高い発光効率を実現することが可能になる。また、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10は、短絡リスクが内在せず、煩雑な工程を伴わずに製造できる。
[第二実施形態]
図2に示すように、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aは、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bの形成位置が異なる点以外は、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aでは、半導体チップ1の基板11の半導体層非形成面111ではなく、第一窒化物半導体層12の薄い部分122の各n型電極15A,15Bが形成されている面より外側の面12aに、金メッキ体5が形成されている。この外側とは、半導体チップ1の幅方向(図2の左右方向)における外側を意味する。
図2に示すように、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aは、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bの形成位置が異なる点以外は、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aでは、半導体チップ1の基板11の半導体層非形成面111ではなく、第一窒化物半導体層12の薄い部分122の各n型電極15A,15Bが形成されている面より外側の面12aに、金メッキ体5が形成されている。この外側とは、半導体チップ1の幅方向(図2の左右方向)における外側を意味する。
つまり、金メッキ体5A,5Bは、半導体チップ1の幅方向の両端部(第一実施形態の窒化物半導体発光装置10よりも内側の位置)で、半導体チップ1の第一窒化物半導体層12の面12aと、この面12aと対向するパッケージ基板2の面21bと、を接続している。この面21bは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。このようにして、金メッキ体(放熱用金属体)5は、n型電極15A,15B、p型電極16、n型電極25A,25B、およびp型電極26と接触せずに、半導体チップ1とパッケージ基板2の絶縁部とを接続している。
第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aによれば、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じ作用、効果が得られる。
また、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aは、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10よりも、発光層である窒化物半導体活性層13に近い位置に金メッキ体5A,5Bが配置されているため、放熱効率がより高くなる。
第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aによれば、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じ作用、効果が得られる。
また、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aは、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10よりも、発光層である窒化物半導体活性層13に近い位置に金メッキ体5A,5Bが配置されているため、放熱効率がより高くなる。
[第三実施形態]
図3に示すように、第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bは、以下の点を除いて第二実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bでは、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bが、金パターン(第一放熱用金属部)17A,17Bと金パターン(第二放熱用金属部)27A,27Bとを介して、半導体チップ1Bの面12aとパッケージ基板2Bの面21bとを接続している。
図3に示すように、第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bは、以下の点を除いて第二実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bでは、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bが、金パターン(第一放熱用金属部)17A,17Bと金パターン(第二放熱用金属部)27A,27Bとを介して、半導体チップ1Bの面12aとパッケージ基板2Bの面21bとを接続している。
すなわち、金パターン17A,17Bは、第一窒化物半導体層12の薄い部分122の各n型電極15A,15Bが形成されている面より外側の面12aに形成されている。金パターン27A,27Bは、パッケージ基板2Bの対向面21のn型電極25A,25Bが形成されている位置より外側の面21bに形成されている。この外側とは、半導体チップ1Bの幅方向(図3の左右方向)における外側を意味する。
つまり、金パターン17A,17Bは、半導体チップ1Bのn型電極15A,15Bおよびp型電極16と接触しない位置に形成されている。金パターン27A,27Bは、パッケージ基板2Bのn型電極25A,25Bおよびp型電極26と接触しない位置に形成されている。また、金パターン27A,27Bは、n型電極25A,25Bおよびp型電極26を有する回路とは独立に形成されたパターンであって、半導体チップ1Bに電流を流さないものである。
つまり、金パターン17A,17Bは、半導体チップ1Bのn型電極15A,15Bおよびp型電極16と接触しない位置に形成されている。金パターン27A,27Bは、パッケージ基板2Bのn型電極25A,25Bおよびp型電極26と接触しない位置に形成されている。また、金パターン27A,27Bは、n型電極25A,25Bおよびp型電極26を有する回路とは独立に形成されたパターンであって、半導体チップ1Bに電流を流さないものである。
そして、金パターン17A,17Bが形成された半導体チップ1Bが、金パターン27A,27Bを有するパッケージ基板2Bに、金メッキ体(第一接続体)3および金メッキ体(第二接続体)4によりフリップチップ実装されている。また、この実装の際に、半導体チップ1Bの金パターン17A,17Bとパッケージ基板2Bの金パターン27A,27Bとが、金メッキ体5A,5Bで接続されている。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bによれば、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aと同じ効果が得られる。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bによれば、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aと同じ効果が得られる。
また、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aでは、金メッキ体(放熱用金属体)5A,5Bにより、第一半導体層12の面12aとパッケージ基板2の面21bとを、直接接続しているのに対して、第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bでは、金パターン17A,17Bおよび金パターン27A,27Bを介して接続している。よって、第三実施形態の窒化物半導体発光装置10Bによれば、第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aよりも、金メッキ体5A,5Bによる半導体チップ1Bとパッケージ基板2Bとの接続強度が高くなる。
[第四実施形態]
図4に示すように、第四実施形態の窒化物半導体発光装置10Cは、以下の点を除いて第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。
第四実施形態の窒化物半導体発光装置10Cは、半導体チップ1より幅(図4の左右方向寸法)の大きなパッケージ基板2Cを有する。そのため、半導体チップ1側から見たときに、パッケージ基板2Cは、半導体チップ1からはみ出している部分22を有する。
また、放熱用金属体として、金メッキ体5A,5Bの代わりに金線6A,6Bを用いて、半導体チップ1とパッケージ基板2Cの絶縁部とを接続している。金線6A,6Bは、半導体チップ1の基板11の裏面(第一半導体層12が形成されている一面11と反対の面)112の幅方向端部と、パッケージ基板2Cの半導体チップ1からはみ出している部分22の半導体チップ1側の面22aとを接続している。この面22aは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。
図4に示すように、第四実施形態の窒化物半導体発光装置10Cは、以下の点を除いて第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じである。
第四実施形態の窒化物半導体発光装置10Cは、半導体チップ1より幅(図4の左右方向寸法)の大きなパッケージ基板2Cを有する。そのため、半導体チップ1側から見たときに、パッケージ基板2Cは、半導体チップ1からはみ出している部分22を有する。
また、放熱用金属体として、金メッキ体5A,5Bの代わりに金線6A,6Bを用いて、半導体チップ1とパッケージ基板2Cの絶縁部とを接続している。金線6A,6Bは、半導体チップ1の基板11の裏面(第一半導体層12が形成されている一面11と反対の面)112の幅方向端部と、パッケージ基板2Cの半導体チップ1からはみ出している部分22の半導体チップ1側の面22aとを接続している。この面22aは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。
第四実施形態の窒化物半導体発光装置10Cによれば、金線(放熱用金属体)6A,6Bを有することで、半導体チップ1で発生した熱を金線6からもパッケージ基板2Cに逃がすことができる。よって、金線6A,6Bを有さない場合よりも、半導体チップ1で発生した熱のパッケージ基板2Cへの伝達量が多くなるため、放熱効率が向上する。つまり、第一実施形態の窒化物半導体発光装置10と同じ効果が得られる。
また、放熱用金属体として金メッキ体5A,5Bではなく金線(金属線)6A,6Bを用いることで、n型電極15A,15Bおよびp型電極16の設計自由度を高くすることができる、すなわち電極配置の自由度が高くなるという効果も得られる。
また、放熱用金属体として金メッキ体5A,5Bではなく金線(金属線)6A,6Bを用いることで、n型電極15A,15Bおよびp型電極16の設計自由度を高くすることができる、すなわち電極配置の自由度が高くなるという効果も得られる。
[放熱用金属体の形成位置]
図5を用いて放熱用金属体の形成位置について説明する。図5に示す窒化物半導体発光装置100は放熱用金属体を有さない。つまり、図5は、図1〜図4の窒化物半導体発光装置10〜10Cから、放熱用金属体である金メッキ体5A,5Bおよび金線6A,6Bが消された図である。
窒化物半導体発光装置100において、発光ダイオードである半導体チップ1のパッケージ基板2と対向する面は、複数に分けられる。具体的には、基板11の半導体層非形成面111、第一窒化物半導体層12の薄い部分122の各n型電極15A,15Bが形成されている面より外側の面12aと内側の面12b、および第二窒化物半導体層14のp型電極16が形成されている面より外側の面14aである。この外側および内側とは、半導体チップ1の幅方向(図5の左右方向)における外側および内側を意味する。
図5を用いて放熱用金属体の形成位置について説明する。図5に示す窒化物半導体発光装置100は放熱用金属体を有さない。つまり、図5は、図1〜図4の窒化物半導体発光装置10〜10Cから、放熱用金属体である金メッキ体5A,5Bおよび金線6A,6Bが消された図である。
窒化物半導体発光装置100において、発光ダイオードである半導体チップ1のパッケージ基板2と対向する面は、複数に分けられる。具体的には、基板11の半導体層非形成面111、第一窒化物半導体層12の薄い部分122の各n型電極15A,15Bが形成されている面より外側の面12aと内側の面12b、および第二窒化物半導体層14のp型電極16が形成されている面より外側の面14aである。この外側および内側とは、半導体チップ1の幅方向(図5の左右方向)における外側および内側を意味する。
そして、面12a,12bは、第一窒化物半導体層12の薄い部分122のパッケージ基板2と向かい合う面のうち、n型電極15A,15Bが形成されていない領域の面である。面14aは、第二窒化物半導体層14のパッケージ基板2と向かい合う面のうち、p型電極16が形成されていない領域の面である。
第一実施形態の金属体窒化物半導体発光装置10では、半導体層非形成面111と、その真向かいとなるパッケージ基板2の面21aとが、金メッキ体5A,5Bで接続されている。第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aでは、第一窒化物半導体層12の面12aと、その真向かいとなるパッケージ基板2の面21bとが、金メッキ体5A,5Bで接続されている。
第一実施形態の金属体窒化物半導体発光装置10では、半導体層非形成面111と、その真向かいとなるパッケージ基板2の面21aとが、金メッキ体5A,5Bで接続されている。第二実施形態の窒化物半導体発光装置10Aでは、第一窒化物半導体層12の面12aと、その真向かいとなるパッケージ基板2の面21bとが、金メッキ体5A,5Bで接続されている。
金メッキ体5A,5Bによる接続位置はこれらに限定されず、例えば、第一窒化物半導体層12の面12bおよび第二窒化物半導体層14の面14aであってもよい。この場合、パッケージ基板2側では、対向面21のうちの面12bおよび面14aの真向かいとなる部分21cおよび部分21dが、金メッキ体5A,5Bによる接続位置となる。これらの部分21cおよび部分21dも絶縁面である。また、金メッキ体5A,5Bによる接続箇所は三箇所以上あってもよい。
第四実施形態の金属体窒化物半導体発光装置10Cでは、金線6A,6Bで、基板11の裏面112の幅方向端部と、パッケージ基板2Cの半導体チップ1からはみ出している部分22の半導体チップ1側の面22aとを接続しているが、金線6A,6Bによる接続位置はこれに限定されない。
例えば、基板11の一面110の半導体層非形成面111と、パッケージ基板2の対向面21とが、金線6A,6Bにより接続されていてもよい。また、基板11の裏面112の幅方向端部と、パッケージ基板2の裏面(対向面21と反対の面)23が、金線6A,6Bにより接続されていてもよい。
例えば、基板11の一面110の半導体層非形成面111と、パッケージ基板2の対向面21とが、金線6A,6Bにより接続されていてもよい。また、基板11の裏面112の幅方向端部と、パッケージ基板2の裏面(対向面21と反対の面)23が、金線6A,6Bにより接続されていてもよい。
[一態様の窒化物半導体発光装置についての詳述]
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を構成する各要素について以下に詳述する。
<半導体チップ>
半導体チップは、窒化物半導体発光ダイオードであり、基板と、第一窒化物半導体層と、窒化物半導体活性層と、第一窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層と、第一電極と、第二電極を有する。第一窒化物半導体層は、基板の一面上に形成されている。窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上の一部に形成されている。第二窒化物半導体層は窒化物半導体活性層上に形成されている。第一電極は、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成されている。第二電極は、第二窒化物半導体層上に形成されている。
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を構成する各要素について以下に詳述する。
<半導体チップ>
半導体チップは、窒化物半導体発光ダイオードであり、基板と、第一窒化物半導体層と、窒化物半導体活性層と、第一窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層と、第一電極と、第二電極を有する。第一窒化物半導体層は、基板の一面上に形成されている。窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上の一部に形成されている。第二窒化物半導体層は窒化物半導体活性層上に形成されている。第一電極は、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成されている。第二電極は、第二窒化物半導体層上に形成されている。
《基板》
半導体チップの基板は、窒化物半導体を形成することが可能な面を有するものであれば特に制限されない。具体的には、サファイア、Si、SiC、MgO、Ga2O3、Al2O3、ZnO、GaN、InN、AlN、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
半導体チップの基板の熱伝導率が100W/m・K以上であると、放熱用金属体を介して基体に効果的に熱を逃がすという点で特に好ましい。また、特に、一面に形成する窒化物半導体との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点、および高い熱伝導率を有する観点から、基板は窒化アルミニウム(AlN)が望ましい。
半導体チップの基板は、窒化物半導体を形成することが可能な面を有するものであれば特に制限されない。具体的には、サファイア、Si、SiC、MgO、Ga2O3、Al2O3、ZnO、GaN、InN、AlN、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
半導体チップの基板の熱伝導率が100W/m・K以上であると、放熱用金属体を介して基体に効果的に熱を逃がすという点で特に好ましい。また、特に、一面に形成する窒化物半導体との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点、および高い熱伝導率を有する観点から、基板は窒化アルミニウム(AlN)が望ましい。
《第一窒化物層》
第一窒化物半導体層は、第一型導電型(n型またはp型)の窒化物半導体層であり、基板上に直接形成されていても、基板上に第一窒化物半導体層以外の層が形成され、その上層に第一窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、基板上にバッファ層が形成され、その上に第一窒化物半導体層が形成された上に、窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
第一窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。
第一窒化物半導体層はn型窒化物半導体層またはp型窒化物半導体層であり、窒素(N)の他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Zn、Siなどの不純物が混入していても良い。
第一窒化物半導体層は、第一型導電型(n型またはp型)の窒化物半導体層であり、基板上に直接形成されていても、基板上に第一窒化物半導体層以外の層が形成され、その上層に第一窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、基板上にバッファ層が形成され、その上に第一窒化物半導体層が形成された上に、窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
第一窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。
第一窒化物半導体層はn型窒化物半導体層またはp型窒化物半導体層であり、窒素(N)の他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Zn、Siなどの不純物が混入していても良い。
《窒化物半導体活性層》
窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上に直接形成されていても、第一窒化物半導体層上に窒化物半導体活性層以外の層が形成され、その上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。具体的には、第一窒化物半導体層上にアンドープAlGaN層が形成された上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
窒化物半導体活性層は、窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。窒化物半導体活性層は、Nの他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Siなどの不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。
窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上に直接形成されていても、第一窒化物半導体層上に窒化物半導体活性層以外の層が形成され、その上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。具体的には、第一窒化物半導体層上にアンドープAlGaN層が形成された上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
窒化物半導体活性層は、窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。窒化物半導体活性層は、Nの他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Siなどの不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。
《第二窒化物半導体層》
第二窒化物半導体層は、第二型導電型(第一窒化物半導体層とは異なる導電型)の窒化物半導体層であり、窒化物半導体活性層上に直接形成されていても、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層以外の層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、窒化物半導体活性層上にアンドープAlGaN層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。
第二窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。
第二窒化物半導体層は、第一窒化物半導体層がp型窒化物半導体層の場合はn型窒化物半導体層であり、第一窒化物半導体層がn型窒化物半導体層の場合はp型窒化物半導体層である。第二窒化物半導体層は、Nの他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Zn、Siなどの不純物が混入していても良い。
第二窒化物半導体層は、第二型導電型(第一窒化物半導体層とは異なる導電型)の窒化物半導体層であり、窒化物半導体活性層上に直接形成されていても、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層以外の層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、窒化物半導体活性層上にアンドープAlGaN層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。
第二窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からAlN,GaN,InNの混晶であることが望ましい。
第二窒化物半導体層は、第一窒化物半導体層がp型窒化物半導体層の場合はn型窒化物半導体層であり、第一窒化物半導体層がn型窒化物半導体層の場合はp型窒化物半導体層である。第二窒化物半導体層は、Nの他に、P、As、SbなどのN以外のV族元素や、C、H、F、O、Mg、Zn、Siなどの不純物が混入していても良い。
《層構造の形成方法》
基板の一面上に第一窒化物層が形成され、第一窒化物半導体層上の一部に窒化物半導体活性層が形成され、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層が形成されている構造は、例えば以下の方法で得ることができる。その方法は、基板の一面上に、第一窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、および第二窒化物半導体層を順次形成した後、部分的なドライエッチング処理により、窒化物半導体活性層および第二窒化物半導体層の一部を除去する方法である。
基板の一面上に第一窒化物層が形成され、第一窒化物半導体層上の一部に窒化物半導体活性層が形成され、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層が形成されている構造は、例えば以下の方法で得ることができる。その方法は、基板の一面上に、第一窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、および第二窒化物半導体層を順次形成した後、部分的なドライエッチング処理により、窒化物半導体活性層および第二窒化物半導体層の一部を除去する方法である。
ドライエッチング処理は、反応性の気体やイオン、ラジカルによって材料をエッチングする方法であり、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)、反応性イオンビームエッチング(RIBE:Reactive Ion Beam Etching)、電子サイクロトロン共鳴エッチング(ECR:Electron Cyclotron Resonance)、イオンミリング等の装置が用いられる。なかでも、励起コイルの電力を制御することでプラズマ密度を制御し、下部電極の電力を制御することでイオンの引き込み量を制御するICP(誘導結合型)−RIE装置を用いることが好ましい。
ドライエッチング処理は、エッチング装置において、高周波電源を用いて電極を兼ねる基板支持体と電極との間に高周波電力を印加して、基板支持体と電極との間にプラズマを発生させる。そして、チャンバー内に導入されたエッチングガスを分解及び励起させて窒化物半導体層に対してエッチング処理を行う。エッチングガスはエッチングガスとしては、塩素ガス(Cl2)、三塩化ホウ素ガス(BCl3)などの塩素系ガス、四フッ化メタンガス(CF4)、三フッ化メタンガス(CHF3)などのフッ素系ガス、もしくはハライド系ガスを一部含んだ混合ガスを用いることが可能であるが、この限りではない。
《第一電極、第二電極》
第一電極および第二電極は、それぞれ第一窒化物半導体層、第二窒化物半導体層に電流を流す役割を担う。第一窒化物半導体層がn型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がp型窒化物半導体層の場合は、第一電極はn型電極、第二電極はp型電極である。第一窒化物半導体層がp型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がn型窒化物半導体層の場合は、第一電極はp型電極、第二電極はn型電極である。
第一電極および第二電極は、それぞれ第一窒化物半導体層、第二窒化物半導体層に電流を流す役割を担う。第一窒化物半導体層がn型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がp型窒化物半導体層の場合は、第一電極はn型電極、第二電極はp型電極である。第一窒化物半導体層がp型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がn型窒化物半導体層の場合は、第一電極はp型電極、第二電極はn型電極である。
p型電極としては、コンタクト層にホールを注入することが出来れば、材料と形状は特に制限はされないが、p型窒化物半導体にホールを注入する観点からNi、Au、Pt、Ag、Rh、Pd等の仕事関数の大きな金属、あるいはこれらの合金や、ITO等の酸化物電極等が望ましい。また、p型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金からなる電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
また、p型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd等の仕事関数の大きな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するAg、Rh、Al等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
また、p型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ni、Au、Pt、Ag、Rh、Pd等の仕事関数の大きな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するAg、Rh、Al等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
n型電極としては、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Auなどの金属、あるいはこれらの混晶、またはITOやGa2O3などの導電性酸化物等を用いることができるが、この限りでは無い。また、p型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金からなる電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
また、n型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ti、Al、V等の仕事関数の小さな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するAg、Rh、Al等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
また、n型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ti、Al、V等の仕事関数の小さな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するAg、Rh、Al等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
第一電極および第二電極は、それぞれ第一窒化物半導体層および第二窒化物半導体層に電流を流すことができる構造を有していれば、各電極と各窒化物半導体層の間に異なる層を有していても良い。例えば、電極と窒化物半導体層の間に極薄い酸化膜や窒化膜を有していても良いし、電流拡散層としてITO等を含んでいても良い。
第一電極および第二電極は、その表面に保護膜を有していても良い。例えば、SiO2やSiNなどの無機絶縁膜、樹脂などの有機絶縁膜などが挙げられる。
第一電極および第二電極は、その表面に保護膜を有していても良い。例えば、SiO2やSiNなどの無機絶縁膜、樹脂などの有機絶縁膜などが挙げられる。
<基体>
基体は、半導体チップの基板の一面と向かい合う対向面を有し、対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている。基体の第三電極は第一接続体で半導体チップの第一電極と電気的に接続され、第四電極は第二接続体で半導体チップの第二電極と電気的に接続される。基体の例としては、パッケージ基板、プリント基板、自由に後の設計が可能なサブマウント基板、照明装置や水殺菌装置などの本体部(発光ダイオードである半導体チップが第一接続体および第二接続体で直接接続できるもの)などが挙げられる。
第三電極および第四電極としては、Al、Cu、Ag、Auなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるがこの限りでは無い。熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるAuであることが望ましい。第三電極および第四電極は単層でも積層でも良い。絶縁層を介して多層金属線を形成していても良い。
基体は、半導体チップの基板の一面と向かい合う対向面を有し、対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている。基体の第三電極は第一接続体で半導体チップの第一電極と電気的に接続され、第四電極は第二接続体で半導体チップの第二電極と電気的に接続される。基体の例としては、パッケージ基板、プリント基板、自由に後の設計が可能なサブマウント基板、照明装置や水殺菌装置などの本体部(発光ダイオードである半導体チップが第一接続体および第二接続体で直接接続できるもの)などが挙げられる。
第三電極および第四電極としては、Al、Cu、Ag、Auなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるがこの限りでは無い。熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるAuであることが望ましい。第三電極および第四電極は単層でも積層でも良い。絶縁層を介して多層金属線を形成していても良い。
<第一接続体、第二接続体>
第一接続体は半導体チップの第一電極と基体の第三電極を接続し、第二接続体は半導体チップの第二電極と基体の第四電極を接続する。つまり、第一接続体および第二接続体により、基体に半導体チップがフリップチップ実装される。
第一接続体および第二接続体の材質としては、Pb、Al、Cu、Ag、Auなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易なAuであることが望ましい。つまり、第一接続体および第二接続体の主成分は金(Au)であることが好ましい。なお、「主成分は金である」とは、一番多く含まれている成分が金であることを意味する。
第一接続体は半導体チップの第一電極と基体の第三電極を接続し、第二接続体は半導体チップの第二電極と基体の第四電極を接続する。つまり、第一接続体および第二接続体により、基体に半導体チップがフリップチップ実装される。
第一接続体および第二接続体の材質としては、Pb、Al、Cu、Ag、Auなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易なAuであることが望ましい。つまり、第一接続体および第二接続体の主成分は金(Au)であることが好ましい。なお、「主成分は金である」とは、一番多く含まれている成分が金であることを意味する。
第一接続体および第二接続体の形成方法は特に制限されないが、例えば、金属線を熱もしくは超音波、あるいはその両方を用いて溶融させて、金属線の一端を電極に固定する方法や、無電解めっき法によりAuを堆積させる方法が挙げられる。また、第一接続体および第二接続体の形状は、第一乃至第四実施形態のような柱状に限定されず、例えば球状であってもよい。つまり、第一接続体および第二接続体の例としては、第一乃至第四実施形態の柱状の金メッキ体以外に、金ボールが挙げられる。
<放熱用金属体>
放熱用金属体は、第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している。
放熱用金属体をなす金属としては、Pb、Al、Cu、Ag、Au、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるAuを用いることが望ましい。つまり、放熱用金属体の主成分は金(Au)であることが好ましい。
放熱用金属体の形成方法は特に制限されないが、例えば、金属線を熱もしくは超音波、あるいはその両方を用いて溶融させて、金属線の一端を電極に固定する方法や、無電解めっき法によりAuを堆積させる方法が挙げられる。また、放熱用金属体の形状は特に制限されず、例えば、柱状、球状、線状が挙げられる。つまり、放熱用金属体の例としては、第一乃至第三実施形態の柱状の金メッキ体および第四実施形態の金線以外に、金ボールが挙げられる。
放熱用金属体は、第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している。
放熱用金属体をなす金属としては、Pb、Al、Cu、Ag、Au、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるAuを用いることが望ましい。つまり、放熱用金属体の主成分は金(Au)であることが好ましい。
放熱用金属体の形成方法は特に制限されないが、例えば、金属線を熱もしくは超音波、あるいはその両方を用いて溶融させて、金属線の一端を電極に固定する方法や、無電解めっき法によりAuを堆積させる方法が挙げられる。また、放熱用金属体の形状は特に制限されず、例えば、柱状、球状、線状が挙げられる。つまり、放熱用金属体の例としては、第一乃至第三実施形態の柱状の金メッキ体および第四実施形態の金線以外に、金ボールが挙げられる。
<深紫外発光装置>
発光波長が深紫外領域の波長(280nm以下)である窒化物半導体発光装置(深紫外発光装置)は、発光波長が可視領域の波長である窒化物半導体発光装置と比較して、発光効率が圧倒的に低いとともに、駆動電圧が高いため、熱の発生量が大きい。よって、本発明の窒化物半導体発光装置は、発光波長が深紫外領域の波長(280nm以下)である場合に、得られる効果が特に高い。
例えば、第一窒化物半導体層がn−AlGaN層であり、窒化物半導体活性層がAlGaNからなる量子井戸層とAlNからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造を有する層であり、第二窒化物半導体層がp−GaN層であると、窒化物半導体発光装置の発光波長を深紫外領域の波長(280nm以下)とすることができる。
発光波長が深紫外領域の波長(280nm以下)である窒化物半導体発光装置(深紫外発光装置)は、発光波長が可視領域の波長である窒化物半導体発光装置と比較して、発光効率が圧倒的に低いとともに、駆動電圧が高いため、熱の発生量が大きい。よって、本発明の窒化物半導体発光装置は、発光波長が深紫外領域の波長(280nm以下)である場合に、得られる効果が特に高い。
例えば、第一窒化物半導体層がn−AlGaN層であり、窒化物半導体活性層がAlGaNからなる量子井戸層とAlNからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造を有する層であり、第二窒化物半導体層がp−GaN層であると、窒化物半導体発光装置の発光波長を深紫外領域の波長(280nm以下)とすることができる。
[一態様の窒化物半導体発光モジュール]
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を備える。
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・置換可能である。特に、波長280nm以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置および窒化物半導体発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。本発明の一態様の窒化物半導体発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体(容器、食品、医療機器等)殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・FPD・PCB・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を備える。
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・置換可能である。特に、波長280nm以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置および窒化物半導体発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。本発明の一態様の窒化物半導体発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体(容器、食品、医療機器等)殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・FPD・PCB・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む)の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む)の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
10 窒化物半導体発光装置
1 半導体チップ
11 基板
11 基板の一面
111 基板の半導体層非形成面
12 n型窒化物半導体層(第一窒化物半導体層)
13 窒化物半導体活性層
14 p型窒化物半導体層(第二窒化物半導体層)
15A,15B n型電極(第一電極)
16 p型電極(第二電極)
17A,17B 金パターン(第一放熱用金属部)
2 パッケージ基板(基体)
21 対向面(基板の一面と向かい合う面)
21a パッケージ基板の半導体層非形成面と対向する面
21b パッケージ基板の第一窒化物半導体層と対向する面
25A,25B n型電極(第三電極)
26 p型電極(第四電極)
27A,27B 金パターン(第二放熱用金属部)
3A,3B 金メッキ体(第一接続体)
4 金メッキ体(第二接続体)
5A,5B 金メッキ体(放熱用金属体)
6A,6B 金線(金属線、放熱用金属体)
1 半導体チップ
11 基板
11 基板の一面
111 基板の半導体層非形成面
12 n型窒化物半導体層(第一窒化物半導体層)
13 窒化物半導体活性層
14 p型窒化物半導体層(第二窒化物半導体層)
15A,15B n型電極(第一電極)
16 p型電極(第二電極)
17A,17B 金パターン(第一放熱用金属部)
2 パッケージ基板(基体)
21 対向面(基板の一面と向かい合う面)
21a パッケージ基板の半導体層非形成面と対向する面
21b パッケージ基板の第一窒化物半導体層と対向する面
25A,25B n型電極(第三電極)
26 p型電極(第四電極)
27A,27B 金パターン(第二放熱用金属部)
3A,3B 金メッキ体(第一接続体)
4 金メッキ体(第二接続体)
5A,5B 金メッキ体(放熱用金属体)
6A,6B 金線(金属線、放熱用金属体)
Claims (11)
- (a)基板と、
前記基板の一面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の前記窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成された第一電極と、
前記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、
を有する半導体チップ、
(b)前記基板の一面と向かい合う対向面を有し、前記対向面に、前記第一電極および前記第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている基体、
(c)前記半導体チップの前記第一電極と前記基体の前記第三電極とを電気的に接続している第一接続体、
(d)前記半導体チップの前記第二電極と前記基体の前記第四電極とを電気的に接続している第二接続体、
および
(e)前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、および第四電極と接触せずに、前記半導体チップと前記基体とを接続している放熱用金属体
を備える窒化物半導体発光装置。 - 前記基板の一面は、前記第一窒化物半導体層が形成されていない半導体層非形成面を有し、
前記放熱用金属体は、前記半導体層非形成面と、前記基体の前記半導体層非形成面と対向する面と、を接続している請求項1に記載の窒化物半導体発光装置。 - 前記放熱用金属体は、前記半導体チップの前記第一窒化物半導体層と、前記基体の前記第一窒化物半導体層と対向する面と、を接続している請求項1に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記放熱用金属体は、前記基板と前記基体とを接続している金属線である請求項1に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記基板の熱伝導率は100W/m・K以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記基板は窒化アルミニウム基板である請求項1〜5のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記放熱用金属体の主成分は金である請求項1〜6のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記放熱用金属体は、前記半導体チップの前記第一電極および前記第二電極と接触しない位置に形成された第一放熱用金属部と、前記基体の前記第三電極および前記第四電極と接触しない位置に形成された第二放熱用金属部と、を介して、前記半導体チップと前記基体とを接続している請求項1〜7のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記第一接続体および前記第二接続体の主成分は金である請求項1〜8のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 発光波長が深紫外領域の波長である請求項1〜9のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置を備える窒化物半導体発光モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017017724A JP2018125457A (ja) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 窒化物半導体発光装置及び窒化物半導体発光モジュール |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017017724A JP2018125457A (ja) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 窒化物半導体発光装置及び窒化物半導体発光モジュール |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2018125457A true JP2018125457A (ja) | 2018-08-09 |
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ID=63109734
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JP2017017724A Pending JP2018125457A (ja) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 窒化物半導体発光装置及び窒化物半導体発光モジュール |
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JP (1) | JP2018125457A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110912460A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-03-24 | 武汉理工大学 | 全天候温差发电装置 |
-
2017
- 2017-02-02 JP JP2017017724A patent/JP2018125457A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110912460A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-03-24 | 武汉理工大学 | 全天候温差发电装置 |
CN110912460B (zh) * | 2019-11-07 | 2020-10-13 | 武汉理工大学 | 全天候温差发电装置 |
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