JP4134135B2

JP4134135B2 - 発光装置

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Publication number: JP4134135B2
Application number: JP2005288989A
Authority: JP
Inventors: 洋斎藤; 公夫須藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2007103505A

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来の発光装置として、半導体発光素子と、当該半導体発光素子に並列接続されたバリスタとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された発光装置では、半導体発光素子の周囲に光反射板が配置されている。
特開２００１−１５８１５号公報

特許文献１記載の発光装置では、半導体発光素子の周囲に、光反射板を配置するためのスペースを確保しなければならない。そのため、発光装置全体の小型化を図ることが難しい。しかしながら、小型化を図るために光反射板を配置しないとした場合には、発光効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、発光効率が高く、且つ、小型化が可能な発光装置を提供することを課題とする。

本発明に係る発光装置は、バリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する積層体と、積層体の外表面に形成されると共に、複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続される複数の外部電極と、を有する積層型チップバリスタと、積層型チップバリスタ上に配され、当該積層型チップバリスタに並列接続されるように複数の外部電極に接続された半導体発光素子と、積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配されると共に、半導体発光素子が発生した光を反射する反射層と、を備えることを特徴とする。

本発明の発光装置では、反射層を積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配置するので、半導体発光素子が発生した、積層型チップバリスタに向かって進む光を反射することができる。したがって、高い発光効率を得ることができる。また、反射層の形成位置を積層型チップバリスタと半導体発光素子との間とすることで、半導体発光素子の周囲に特別なスペースを確保する必要がなくなる。したがって、発光装置全体の小型化が可能となる。

また、反射層は、ガラス及び金属を含むことが好ましい。この場合、反射層は、ガラス中に金属が分散したものとなる。ガラスを含むので、電気絶縁性を有する反射層を得ることができる。よって、反射層を介した積層型チップバリスタの外部電極間のショートを抑制することができる。また、ガラスを含むことにより、反射層を耐熱性に優れたものとすることができる。金属を含むので、半導体発光素子が発生した光を確実に反射することができる。また、金属を含むことにより、熱伝導率が良好となるため、半導体発光素子からの熱を効率よく放散することができる。

また、反射層は、樹脂及び金属を含むことが好ましい。この場合、反射層は、樹脂中に金属が分散したものとなる。反射層は樹脂を含むので、電気絶縁性を有することとなる。よって、反射層を介した積層型チップバリスタの外部電極間のショートを抑制することができる。また、樹脂を含むことによって反射層の形成が容易となるうえ、積層型チップバリスタ又は半導体発光素子と反射層との密着性を良好なものとすることができる。更に、金属を含むので、半導体発光素子が発生した光を確実に反射することができる。金属を含むことにより、熱伝導率が良好となるため、半導体発光素子からの熱を効率よく放散することができる。

また、反射層は、ガラス及び金属酸化物を含むことが好ましい。この場合、ガラスを含むので、電気絶縁性及び耐熱性を有する反射層を得ることができる。金属酸化物を含むので、半導体発光素子が発生した光を確実に反射することができると共に、反射層の電気絶縁性をよりいっそう高めることができる。また、金属酸化物はガラス中での分散性が良いため、金属酸化物が均一に分散した、特性ばらつきの少ない反射層を容易に形成することができる。ガラスと金属酸化物とを含むことにより、熱膨張係数が比較的小さい反射層を得ることができる。その結果、反射層をひずみや割れ、クラックが生じにくいものとすることができる。

また、反射層は、樹脂及び金属酸化物を含むことが好ましい。この場合、反射層は樹脂を含むので、電気絶縁性を有することとなる。また、樹脂を含むことによって反射層の形成が容易となるうえ、積層型チップバリスタ又は半導体発光素子と反射層との密着性を良好なものとすることができる。更に、反射層は金属酸化物を含むので、半導体発光素子が発生した光を確実に反射することができると共に、反射層の電気絶縁性をよりいっそう高めることができる。

また、反射層は、ガラスと金属からなる粉末とを含み、金属からなる粉末は金属酸化物により被覆されていることが好ましい。ガラスを含むので、電気絶縁性及び耐熱性を有する反射層を得ることができる。金属酸化物で被覆された金属粉末を用いることにより、ガラス中における金属からなる粉末の分散性を向上させることができると共に、反射効率を低下させずに反射層の電気絶縁性をいっそう高めることができる。

また、反射層は、樹脂と金属からなる粉末とを含み、金属からなる粉末は金属酸化物により被覆されていることが好ましい。樹脂を含むので、電気絶縁性を有し、形成が容易で且つ密着性が良好な反射層を得ることができる。金属酸化物で被覆された金属粉末を用いることにより、樹脂中における金属からなる粉末の分散性を向上させることができると共に、反射効率を低下させることなく反射層の電気絶縁性をいっそう高めることができる。

また、反射層は、金属からなる薄膜層を有することが好ましい。この場合、金属によって半導体発光素子が発生した光を確実に反射することができる。薄膜層を用いるので、反射層の厚さを薄くすることが可能となる。その結果、発光装置をより小型化することができる。

また、反射層は、金属としてＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉのいずれか少なくとも１つを含むことが好ましい。Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉは他の一般的な金属と比較して反射率が高いため、反射層の反射効率を向上させることができる。したがって、発光効率をより高めることができる。

また、反射層は、樹脂としてシリコーン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、及びキシレン樹脂のうち少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。これらの材料を用いた場合には、電気絶縁性が高い反射層を確実に得ることができる。また、反射層形成の容易性や、積層型チップバリスタ又は半導体発光素子と反射層との密着性を確実に高めることができる。

また、反射層は、金属酸化物としてＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２のうち少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２は他の一般的な金属酸化物と比較して反射率が高いため、反射層の反射効率をより高めることができる。

また、反射層は、積層型チップバリスタの半導体発光素子と対向する面に形成されていることが好ましい。この場合、反射層と積層型チップバリスタとを一体的に成形することができる。また、反射層は、半導体発光素子の積層型チップバリスタと対向する面に形成されることが好ましい。この場合には、反射層と半導体発光素子とを一体的に成形することができる。このように、積層型チップバリスタ又は半導体発光素子と反射層とを一体的に成形したものを用いれば、半導体発光装置の組立が容易となる。

また、半導体発光素子は、積層型チップバリスタ上にフリップチップボンディング又はワイヤボンディングされることが好ましい。この場合、半導体発光素子を支持するための支持部材などを設けることなく、半導体発光素子を積層型チップバリスタ上に配置することができる。したがって、発光装置全体の更なる小型化が可能となる。

本発明によれば、発光効率が高く、且つ、小型化が可能な発光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）

図１〜図５を参照して、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１を示す概略上面図である。図２は、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１に含まれる積層型チップバリスタを示す概略斜視図である。図３は、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１に含まれる積層型チップバリスタを示す概略上面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を説明するための図である。図５は、図３におけるＶ−Ｖ線に沿った断面構成を説明するための図である。

発光装置ＬＥ１は、図１、図４、及び図５に示されるように、半導体発光素子１と、反射層２４と、積層型チップバリスタ１１とを備えている。

まず、積層型チップバリスタ１１の構成について説明する。図２に示されるように、積層型チップバリスタ１１は、略直方体形状を呈するバリスタ素体２１（積層体）と、第１の外部電極２２，２３と、第２の外部電極２５，２６，２７，２８と、を備えている。第１の外部電極２２，２３と、第２の外部電極２５，２６，２７，２８とは、バリスタ素体２１の主面（外表面）２１ａにそれぞれ形成されている。バリスタ素体２１は、例えば、縦が１．０ｍｍ程度に設定され、横が０．５ｍｍ程度に設定され、厚みが０．３ｍｍ程度に設定されている。

バリスタ素体２１は、図３に示されるように、電圧非直線特性（以下、「バリスタ特性」と称する）を発現する複数のバリスタ層と、複数の第１の内部電極３１と、複数の第２の内部電極４１とが積層された積層体である。第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とは、バリスタ素体２１内においてバリスタ層の積層方向（以下、単に「積層方向」と称する。）に沿って交互に配置されている。第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とは、互いの間に少なくとも一層のバリスタ層を挟むように配置されている。バリスタ素体２１の主面２１ａは、積層方向と平行な方向であり、且つバリスタ層の延びる方向と平行な方向に延びている。なお、実際の積層型チップバリスタ１１では、複数のバリスタ層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。

バリスタ層は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分として含むと共に、副成分として希土類金属元素、Ｃｏ、IIIｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、アルカリ金属元素（Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）及びアルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）等の金属単体やこれらの酸化物を含む素体からなる。本実施形態において、バリスタ層は、副成分としてＰｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ、Ａｌ等を含んでいる。これにより、バリスタ層における第１の内部電極３１と第２の内部電極４１とに重なる領域が、ＺｎＯを主成分とすると共にＰｒを含むこととなる。

本実施形態では、希土類金属として、Ｐｒを用いている。Ｐｒは、バリスタ特性を発現させるための材料となる。Ｐｒを用いる理由は、電圧非直線性に優れ、また、量産時での特性ばらつきが少ないためである。バリスタ層におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ層を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、通常、９９．８〜６９．０質量％である。バリスタ層の厚みは、例えば５〜６０μｍ程度である。

第１の内部電極３１は、図４に示されるように、第１の電極部分３３と、第２の電極部分３５とを含んでいる。第１の電極部分３３は、略矩形状を呈している。第１の電極部分３３は、積層方向から見て、図５に示される第２の内部電極４１の第１の電極部分４３と互いに重なり合う。第２の電極部分３５は、第１の電極部分３３からバリスタ素体２１の主面２１ａに露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分３５は、第１の外部電極２２に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分３３は、第２の電極部分３５を通して第１の外部電極２２に電気的に接続されている。第２の電極部分３５は、第１の電極部分３３と一体に形成されている。

第２の内部電極４１は、図５に示されるように、第１の電極部分４３と、第２の電極部分４５とを含んでいる。第１の電極部分４３は、略矩形状を呈している。第１の電極部分４３は、積層方向から見て、図４に示される第１の内部電極３１の第１の電極部分３３と互いに重なり合う。第２の電極部分４５は、第１の電極部分４３からバリスタ素体２１の主面２１ａに露出するように引き出されており、引き出し導体として機能する。第２の電極部分４５は、第１の外部電極２３に物理的及び電気的に接続されている。第１の電極部分４３は、第２の電極部分４５を通して第１の外部電極２３に電気的に接続されている。第２の電極部分４５は、第１の電極部分４３と一体に形成されている。

第１及び第２の内部電極３１，４１は導電材を含んでいる。第１及び第２の内部電極３１，４１に含まれる導電材としては、特に限定されないが、Ａｇ−Ｐｄ合金からなることが好ましい。第１及び第２の内部電極３１，４１の厚みは、例えば０．５〜５μｍ程度である。

第１の内部電極３１の第１の電極部分３３と第３の内部電極４１の第１の電極部分４３とは、上述したように、隣り合う第１の内部電極３１の第１の電極部分３３との間において互いに重なり合う。したがって、バリスタ層における第１の電極部分３３と第１の電極部分４３とに重なる領域がバリスタ特性を発現する領域として機能する。上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１においては、第１の電極部分３３と、第１の電極部分４３と、バリスタ層における第１の電極部分３３及び第１の電極部分４３に重なる領域とにより、一つのバリスタ部が構成されることとなる。

図２に示されるように、第１の外部電極２２，２３は、バリスタ素体２１の主面２１ａ上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ主面２１ａに平行な方向に所定の間隔（例えば５０μｍ以上の間隔）を有して配されている。第１の外部電極２２，２３は、矩形状（本実施形態では、長方形状）を呈している。第１の外部電極２２，２３は、Ａｕを含んでおり、後述するように導電性ペーストが焼成されることにより形成されている。導電性ペーストには、Ａｕ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものが用いられている。

第１の外部電極２２，２３の上には、第２の外部電極２５，２６，２７，２８が形成されている。第２の外部電極２５と第２の外部電極２６とは、主面２１ａ上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ主面２１ａに平行な方向に所定の間隔を有して配されている。第２の外部電極２５は第１の外部電極２２と、第２の外部電極２６は第１の外部電極２３と、物理的及び電気的にそれぞれ接続されている。第２の外部電極２５，２６は、矩形状（本実施形態では、正方形状）を呈している。第２の外部電極２５は、積層型チップバリスタ１１の入力端子電極として機能し、第２の外部電極２６は、積層型チップバリスタ１１の出力端子電極として機能する。

第２の外部電極２７，２８は、一対の第２の外部電極２５，２６に挟まれるように配置されている。第２の外部電極２７と第２の外部電極２８とは、主面２１ａ上において、バリスタ層の積層方向に垂直且つ主面２１ａに平行な方向に所定の間隔を有して配されている。第２の外部電極２７は第１の外部電極２２と、第２の外部電極２８は第１の外部電極２３と、物理的及び電気的にそれぞれ接続されている。これにより、第２の外部電極２５と第２の外部電極２７とが第１の外部電極２２を介して電気的に接続されると共に、第２の外部電極２６と第２の外部電極２８とが第１の外部電極２３を介して電気的に接続されることとなる。第２の外部電極２７，２８は、矩形状（本実施形態では、正方形状）を呈している。第２の外部電極２７，２８は、後述する半導体発光素子１に電気的に接続されるパッド電極として機能する。

第２の外部電極２５〜２８は、第１の外部電極２２，２３上に例えばめっき法により形成されている。第２の外部電極２５〜２８は、ＡｕあるいはＰｔからなる。めっき法を用いる場合は、真空めっき法（真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等）により、ＡｕあるいはＰｔを蒸着させることにより第２の外部電極２５〜２８を形成する。第２の外部電極２５〜２８は、Ｐｔ／Ａｕの積層体として構成してもよい。

このような構成を有する積層型チップバリスタ１１と、半導体発光素子１との間には、図４及び図５にも示されるように、反射層２４が配されている。反射層２４は、積層型チップバリスタ１１の半導体発光素子１と対向する面、すなわちバリスタ素体２１の主面２１ａ上に形成されている。このような位置に形成された反射層２４は、半導体発光素子１が発生した光のうち、積層型チップバリスタ１１の方向に進む光を反射することとなる。

より具体的には、反射層２４は、図２に示されるように、バリスタ素体２１の主面２１ａを覆うように形成されている。反射層２４は、第１の外部電極２２，２３の上に形成されており、第２の外部電極２５〜２８が配置される部分に開口部２４ａ〜２４ｄを有している。開口部２４ａ〜２４ｄは第２の外部電極２５〜２８よりも大きく、第２の外部電極２５〜２８は開口部２４ａ〜２４ｄの中央にそれぞれ配置されている。開口部２４ａ，２４ｃからは第１の外部電極２２が露出しており、開口部２４ｂ，２４ｄからは第１の外部電極２３が露出している。第２の外部電極２５は開口部２４ａから露出した第１の外部電極２２と接続されており、第２の外部電極２６は開口部２４ｂから露出した第１の外部電極２３と接続されている。第２の外部電極２７は開口部２４ｃから露出した第１の外部電極２２と接続されており、第２の外部電極２８は開口部２４ｄから露出した第１の外部電極２３と接続されている。

反射層２４は、種々の材料を用いて形成することができる。例えば、反射層２４は、ガラスと添加物とを含んでいる。この場合、反射層２４は、ガラス中に添加物が分散したものとなる。ガラスを含むことによって、電気絶縁性を有する反射層２４を得ることができる。電気絶縁性を有することによって、反射層２４を介した第１の電極２２，２３間のショートを防止することができる。また、ガラスを含むことにより、反射層２４を耐熱性に優れたものとすることができる。

反射層２４に含まれる添加物としては、金属を用いることができる。金属を含む反射層２４は、半導体発光素子１が発生した光を確実に反射することができる。また、金属を用いることにより、反射層２４の熱伝導率が良好となるため、半導体発光素子１からの熱を効率よく放散させることができる。金属としては、他の一般的な金属と比較して反射率が高いＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉ等が好適である。特に、ＡｇやＡｌを用いた場合には、反射層２４の反射効率をいっそう高めることができる。

なお、添加物としては、金属酸化物を用いることもできる。金属酸化物を含む反射層２４は、半導体発光素子１が発生した光を確実に反射することができる。また、金属を用いた場合と比べて、反射層２４の電気絶縁性をよりいっそう高めることができる。金属酸化物はガラス中での分散性が良好なため、金属酸化物が均一に分散した、特性ばらつきの少ない反射層２４を容易に形成することができる。反射層２４はガラスと金属酸化物とを含むことになるので、熱膨張係数が比較的小さい反射層２４を得ることができ、ひずみや割れ、クラックを抑制することができる。金属酸化物としては、他の一般的な金属酸化物と比較して反射率が高いＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２等が好適である。特に、Ａｌ_２Ｏ_３を用いた場合には、反射層２４の反射効率をいっそう高めることができる。

その他の添加物としては、金属酸化物により被覆された、金属からなる粉末を用いることもできる。粉末に対する金属酸化物の被覆は、例えばバレルスパッタ、プラズマ酸化、熱酸化などの方法によって行なわれる。金属酸化物で被覆することにより、ガラス中における金属からなる粉末の分散性を向上させることができる。また、金属酸化物で被覆された金属粉末を用いることにより、反射効率が高いという金属の特性と、電気絶縁性が高いという金属酸化物の特性とを兼ね備えた反射層２４を得ることができる。したがって、反射層２４について、反射効率を低下させずに電気絶縁性をいっそう高めることができる。特に、Ａｇからなる粉末にＡｌ_２Ｏ_３を被覆したもの_、あるいはＡｌからなる粉末にＡｌ_２Ｏ_３を被覆したものを用いた場合には、反射層２４の反射効率を更に高めることができる。

反射層２４は、樹脂と添加物とを含むものであってもよい。この場合、反射層２４は、樹脂中に添加物が分散したものとなる。樹脂を含むことにより、反射層２４に電気絶縁性を持たせることができる。また、反射層２４の形成が容易となると共に、積層型チップバリスタ１１と反射層２４との密着性が良好となる。また、積層型チップバリスタ１１にかかる熱ストレスを緩和することができる。樹脂としては、シリコーン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、及びキシレン樹脂のうち少なくともいずれか少なくとも一つを用いることが好適である。このような樹脂を用いた場合には電気絶縁性が高い反射層２４を確実に得ることができる。また、反射層２４の形成の容易性や、積層型チップバリスタ１１と反射層２４との密着性を確実に高めることができる。添加物としては、ガラスの場合と同様に、金属や金属酸化物、あるいは金属酸化物により被覆された、金属からなる粉末を用いることができる。

反射層２４は、金属からなる薄膜層を有するものであってもよい。この場合、反射層２４を介した第１の電極２２，２３間のショートを防ぐ目的で、金属を含む薄膜層の下に絶縁層を形成する。金属を含む薄膜層によって、半導体発光素子１が発生した光を確実に反射することができる。また、薄膜層を用いることにより、反射層２４の厚さを薄くすることが可能となる。薄膜層に含まれる金属としては、他の一般的な金属と比較して反射率が高いＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＮｉ等が好適である。特に、ＡｇやＡｌを用いた場合には、反射層２４の反射効率をいっそう高めることができる。

以上のように種々の反射層２４を検討した結果、本実施形態の反射層２４は、ガラスとＡｇとを含むものとした。Ａｇを用いることにより、反射層２４を、特に波長４５０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有するものとすることができる。その結果、反射層２４の反射効率を十分に高めることができるからである。

ガラスとＡｇとを含む反射層２４は、バリスタ素体２１の主面２１ａ上に、例えば印刷法により形成されている。印刷法を用いる場合は、ガラス粉末と、Ａｇ粉末と、有機バインダ及び有機溶剤を混合したガラスペーストを用意し、当該ガラスペーストを第１の外部電極２２，２３及びバリスタ素体２１の主面２１ａの上に印刷し、乾燥後、焼成することにより反射層２４を形成する。

続いて、図６〜図８を参照して、上述した構成を有する積層型チップバリスタ１１及び反射層２４の製造過程について説明する。図６は、第１実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射層の製造過程を説明するためのフロー図である。図７及び図８は、第１実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射層の製造過程を説明するための図である。

まず、バリスタ層を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を用意する（ステップＳ１００）。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて２０時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。

このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して厚さ３０μｍ程度の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してグリーンシートを得る（ステップＳ１０１）。

次に、グリーンシートに、第１及び第２の内部電極３１，４１に対応する電極部分を複数（後述する分割チップ数に対応する数）形成する（ステップＳ１０２）。第１及び第２の内部電極３１，４１に対応する電極部分は、Ａｇ−Ｐｄ合金粒子を主成分とする金属粉末、有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷等の印刷法にて印刷し、乾燥させることにより形成する。

次に、電極部分が形成された各グリーンシートと、電極部分が形成されていないグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する（ステップＳ１０３）。こうして得られたシート積層体をチップ単位に切断して、分割された複数のグリーン体ＧＬ１（図７参照）を得る（ステップＳ１０４）。得られたグリーン体ＧＬ１では、第１の内部電極３１に対応する電極部分ＥＬ１が形成されたグリーンシートＧＳ１と、第２の内部電極４１に対応する電極部分ＥＬ２が形成されたグリーンシートＧＳ２と、電極部分ＥＬ１，ＥＬ２が形成されていないグリーンシートＧＳ３とが順次積層されている。グリーンシートＧＳ１とグリーンシートＧＳ２との間に位置するグリーンシートＧＳ３は、複数枚積層してもよく、また、無くてもよい。

次に、図８（ａ）に示されるように、グリーン体ＧＬ１の外表面に、第１の外部電極２２，２３用の導電性ペーストを付与する（図６、ステップＳ１０５）。ここでは、グリーン体ＧＬ１の主面上に、対応する電極部分ＥＬ１，ＥＬ２に接するように導電性ペーストをスクリーン印刷工法にて印刷した後、乾燥させることによって、第１の外部電極２２，２３に対応する電極部分を形成する。第１の外部電極２２，２３用の導電性ペーストには、上述したように、Ａｕ粒子を主成分とする金属粉末に、有機バインダ及び有機溶剤を混合したものを用いることができる。

次に、図８（ｂ）に示されるように、第１の外部電極２２，２３の上に反射層２４用のガラスペーストを付与する（図６、ステップＳ１０６）。ここでは、Ａｇ粉末、ガラス粉末、有機バインダ及び有機溶剤を混合したガラスペーストをスクリーン印刷等の印刷法にて印刷塗布する。このとき、開口部２４ａ〜２４ｄと対応する部分にはガラスペーストを印刷塗布しないため、開口部２４ａ〜２４ｄと対応する部分からは第１の外部電極２２，２３が露出することとなる。ガラスペーストを印刷塗布後、乾燥させることによって、反射層２４に相当する層を形成する。

次に、ガラスペーストが付与されたグリーン体ＧＬ１に、１８０〜４００℃、０．５〜２４時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、１０００〜１４００℃、０．５〜８時間程度の焼成を行い（図６、ステップＳ１０７）、バリスタ素体２１と第１の外部電極２２，２３と反射層２４とを得る。この焼成によって、グリーン体ＧＬ１におけるグリーンシートＧＳ１〜ＧＳ３はバリスタ層となる。電極部分ＥＬ１は、第１の内部電極３１となる。電極部分ＥＬ２は、第２の内部電極４１となる。なお、焼成後に、バリスタ素体２１の表面からアルカリ金属（例えば、Ｌｉ、Ｎａ等）を拡散させてもよい。

このようにして、バリスタ素体２１、第１の外部電極２２，２３、及び反射層２４を形成した後、第１の外部電極２２，２３の上に第２の外部電極２５〜２８を形成する（ステップＳ１０８）。ここでは、真空めっき法を用いて、反射層２４の開口部２４ａ〜２４ｄの中央部分にＡｕを蒸着させることにより第２の外部電極２５〜２８を形成する。以上の過程により、反射層２４が形成された積層型チップバリスタ１１が得られることとなる。

次に、図４及び図５を参照して、半導体発光素子１の構成について説明する。

半導体発光素子１は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）であり、基板２と、当該基板２上に形成された層構造体ＬＳとを備えている。ＧａＮ系の半導体ＬＥＤは、周知であり、その説明を簡略化する。基板２は、サファイアからなる光学的に透明且つ電気絶縁性を有する基板である。層構造体ＬＳは、積層された、ｎ型（第１導電型）の半導体領域３と、発光層４と、ｐ型（第２導電型）の半導体領域５とを含んでいる。半導体発光素子１は、ｎ型の半導体領域３とｐ型の半導体領域５との間に印加される電圧に応じて発光する。

ｎ型の半導体領域３は、ｎ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｎ型の半導体領域３は、基板２上にＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＳｉといったｎ型ドーパントが添加されてｎ型の導電性を有している。また、ｎ型の半導体領域３は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｎ型の半導体領域３は、発光層４に対して下部クラッドとしての役割を果たす。

発光層４は、ｎ型の半導体領域３上に形成され、ｎ型の半導体領域３及びｐ型の半導体領域５から供給されたキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより発光領域において光を発生する。発光層４は、例えば、障壁層と井戸層とが複数周期にわたって交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とすることができる。この場合、障壁層及び井戸層がＩｎＧａＮからなり、Ｉｎ（インジウム）の組成を適宜選択することによって障壁層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップより大きくなるように構成される。発光領域は、発光層４において、キャリアが注入される領域に生じる。

ｐ型の半導体領域５は、ｐ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｐ型の半導体領域５は、発光層４上にＡｌＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが添加されてｐ型の導電性を有している。また、ｐ型の半導体領域５は、発光層４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｐ型の半導体領域５は、発光層４に対して上部クラッドとしての役割を果たす。

ｎ型の半導体領域３上には、カソード電極６が形成されている。カソード電極６は、導電性材料からなり、ｎ型の半導体領域３との間にオーミック接触が実現されている。ｐ型の半導体領域５上には、アノード電極７が形成されている。アノード電極７は、導電性材料からなり、ｐ型の半導体領域５との間にオーミック接触が実現されている。カソード電極６及びアノード電極７には、バンプ電極８が形成されている。

上述した構成の半導体発光素子１では、アノード電極７（バンプ電極８）とカソード電極６（バンプ電極８）との間に所定の電圧が印加されて電流が流れると、発光層４の発光領域において光を発生する。この光が、反射層２４によって反射されることとなる。

半導体発光素子１は、一対の第２の外部電極２７，２８にフリップチップボンディングされている。すなわち、カソード電極６は、バンプ電極８を介して第２の外部電極２８に電気的且つ物理的に接続されている。このように、バンプ電極８を介して接続することにより、半導体発光素子１を支持するための支持部材などを設けることなく、半導体発光素子１を積層型チップバリスタ１１上に配置することができる。アノード電極７は、バンプ電極８を介して第２の外部電極２７に電気的且つ物理的に接続されている。これにより、第１の電極部分３３と、第１の電極部分４３と、バリスタ層における第１の電極部分３３，４３に重なる領域とにより構成されるバリスタ部が半導体発光素子１に並列接続されることとなる。よって、半導体発光素子１をＥＳＤサージから保護することができる。また、半導体発光素子１において発生した熱は、主として、外部電極２７，２８及び内部電極３１，４１に伝わり放散されることとなる。半導体発光素子１において発生した熱の放熱パスが拡がり、半導体発光素子１において発生した熱を効率よく放散することができる。

半導体発光素子１において熱が発生する時、発光層４の発光領域から光が発生している。この光は、半導体発光素子１から外に向かって放射される。放射された光のうち、積層型チップバリスタ１１に向かう光が積層型チップバリスタ１１上に形成された反射層２４によって反射される。その結果、反射光が発生する。このように反射光を発生することにより、発光効率を向上させることができる。

以上のように、本第１実施形態によれば、反射層２４を備えるので、半導体発光素子１が発生した光を反射層２４によって反射することができる。反射層２４の形成位置を積層型チップバリスタ１１と半導体発光素子１との間としているので、半導体発光素子１の周囲に反射層２４を設置するための特別なスペースを確保する必要がなくなる。したがって、発光装置ＬＥ１を小型化することが可能となる。

ところで、本第１実施形態における発光装置ＬＥ１のように、半導体発光素子が積層型チップバリスタ１１上に配された装置では、半導体発光素子が発生した光の一部は積層型チップバリスタに向かって進むこととなる。この方向に進む光が積層型チップバリスタで遮光された場合には、発光効率が悪くなる。本実施形態では、反射層を積層型チップバリスタと半導体発光素子との間に配するので、積層型チップバリスタの方向に進む光を確実に反射することができる。したがって、高い発光効率を得ることができる。

また、本第１実施形態では、反射層２４を、積層型チップバリスタ１１の半導体発光素子１と対向する面、すなわちバリスタ素体２１の主面２１ａ上に形成している。これにより、反射層２４と積層型チップバリスタ１１とを一体的に成形することができる。その結果、反射層２４と積層型チップバリスタ１１とが一体化されたものの上に、半導体発光素子１を配置すればよいため、半導体発光装置ＬＥ１の組立が容易となる。

また、本第１実施形態において、反射層２４はガラスとＡｇとを含んでいる。Ａｇを含むことにより、反射層２４を、特に波長４５０ｎｍ付近の光に対して優れた反射特性を有するものとすることができる。その結果、反射層２４の反射効率をより高めることができる。ガラスを含むので、反射層２４を電気絶縁性及び耐熱性に優れたものとすることができる。

また、本第１実施形態において、半導体発光素子１は積層型チップバリスタ１１上にフリップチップボンディングされている。この場合、半導体発光素子１を支持するための支持部材などを設けることなく、半導体発光素子１を積層型チップバリスタ１１上に配置することができる。その結果、いっそうの小型化が可能となる。

なお、発光装置ＬＥ１は、図９に示されるように、ヒートシンク５３に設置されることが好ましい。図９（ａ）は、第１実施形態に係る発光装置を設置した状態を示す概略上面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面構成を説明するための図である。ヒートシンク５３は、凹部を有している。凹部には、積層型チップバリスタ１１部分が収容される。ヒートシンク５３は外部電極５５，５６を有している。凹部に収容された積層型チップバリスタ１１の第２の外部電極２５は、ヒートシンク５３の外部電極５５とワイヤ接続される。積層型チップバリスタ１１の第２の外部電極２６は、ヒートシンク５３の外部電極５６とワイヤ接続される。積層型チップバリスタ１１の第２の外部電極２５，２６は、ヒートシンク５３の外部電極５５，５６を介して、外部回路等に電気的に接続される。このように、発光装置ＬＥ１をヒートシンク５３に設置することによって、発光装置ＬＥ１の半導体発光素子１で発生した熱を、積層型チップバリスタ１１を介してヒートシンク５３に放散することができる。

（第２実施形態）

図１０を参照して、第２実施形態に係る発光装置ＬＥ２の構成を説明する。図１０は、第２実施形態に係る発光装置の断面構成を説明するための図である。第２実施形態に係る発光装置ＬＥ２は、反射層の位置、積層型チップバリスタの構成、及び発光素子の構成に関して第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１と相違する。

発光装置ＬＥ２は、図１０に示されるように、半導体発光素子６０と、積層型チップバリスタ７０とを備えている。半導体発光素子６０は、積層型チップバリスタ７０上にワイヤボンディングされている。

積層型チップバリスタ１１は、バリスタ素体２１と、当該バリスタ素体２１にそれぞれ形成される第１の外部電極２２，２３と、第１の外部電極２２，２３上にそれぞれ形成される第２の外部電極２５〜２８とを備えている。

また、積層型チップバリスタ１１は、絶縁層７１を備えている。絶縁層７１は、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１における反射層２４と同一の形状を呈している。すなわち、絶縁層７１は、積層型チップバリスタ１１が備えるバリスタ素体２１の主面２１ａを覆うように形成されている。絶縁層７１は、第１の外部電極２２，２３の上に形成されており、第２の外部電極２５〜２８が配置される部分に開口部７１ａ〜７１ｄを有している。開口部７１ａ，７１ｃからは第１の外部電極２２が露出しており、開口部７１ｂ，７１ｄからは第１の外部電極２３が露出している。開口部７１ａ〜７１ｄは第２の外部電極２５〜２８よりも大きく、この開口部７１ａ〜７１ｄの中央に第２の外部電極２５〜２８が配置されることとなる。

半導体発光素子６０は、第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１の半導体発光素子１と同様に、基板２と、当該基板２上に形成された層構造体ＬＳとを備えている。層構造体ＬＳは、積層された、ｎ型（第１導電型）の半導体領域３と、発光層４と、ｐ型（第２導電型）の半導体領域５とを含んでいる。ｎ型の半導体領域３上には、カソード電極６が形成されている。ｐ型の半導体領域５上には、アノード電極７が形成されている。

半導体発光素子６０は、バンプ電極７，８を備えていない点で第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１の半導体発光素子１と相違する。バンプ電極を備えない半導体発光素子６０は、一対の第２の外部電極２７，２８とワイヤボンディングされている。すなわち、カソード電極６は、ワイヤ６５を介して第２の外部電極２８に電気的且つ物理的に接続されている。アノード電極７は、ワイヤ６６を介して第２の外部電極２７に電気的且つ物理的に接続されている。

半導体発光素子６０の積層型チップバリスタ７０と対向する面６０ａには、反射層６１が形成されている。反射層６１は、半導体発光素子６０の主面６０ａを覆うように形成されている。反射層６１は、ガラスとＡｌ_２Ｏ_３とを含んでいる。金属酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３を含む反射層６１は、半導体発光素子６０が発生した光を、効率よく反射することができる。また、電気絶縁性にも優れている。更に、金属を含む場合と比べて、熱膨張係数が小さいため、ひずみや割れ、クラックが生じにくい。そのため、反射層６１を設けることによって、半導体発光素子６０を保護することもできる。Ａｌ_２Ｏ_３はガラス中での分散性がよいため、Ａｌ_２Ｏ_３が均一に分散された反射層６１を容易に形成することができる。

以上のような構成を有する本第２実施形態によれば、反射層６１は半導体発光素子６０の積層型チップバリスタ７０と対向する面、すなわち半導体発光素子６０の主面６０ａ上に形成される。これにより、半導体発光素子６０が発光した光のうち、積層型チップバリスタ７０の方へ進む光を反射層６１で確実に反射することができる。よって、高い発光効率を得ることができる。また、反射層６１をこのような位置に形成することにより、半導体発光素子６０の周囲に反射層６１を設置するための特別なスペースが不要となる。したがって、発光装置ＬＥ２の小型化が可能となる。更に、反射層６１と半導体発光素子６０とは一体的に成形されるので、発光装置ＬＥ２の組立を容易に行うことができる。

また、本第２実施形態において、半導体発光素子６０は積層型チップバリスタ７０上にワイヤボンディングされている。この場合、半導体発光素子６０を支持するための支持部材などを設けることなく、半導体発光素子６０を積層型チップバリスタ７０上に配置することができるので、発光装置ＬＥ２を更に小型にすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態では、バリスタ素体２１は複数の内部電極３１，４１を有しているが、これに限られない。例えば、第１の内部電極３１及び第２の内部電極４１をそれぞれ一つずつ有するとしてもよい。

また、半導体発光素子１，６０としてＧａＮ系の半導体ＬＥＤを用いているが、これに限られない。半導体発光素子１，６０として、例えば、ＧａＮ系以外の窒化物系半導体ＬＥＤ（例えば、ＩｎＧａＮＡｓ系の半導体ＬＥＤ等）や窒化物系以外の化合物半導体ＬＥＤやレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を用いてもよい。積層型チップバリスタ１１，７０の構成も、上記実施形態のものに限られない。

第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１を示す概略上面図である。第１実施形態に係る発光装置ＬＥ１に含まれる積層型チップバリスタを示す概略斜視図である。第１実施形態に係る積層型チップバリスタを示す概略上面図である。図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成を説明するための図である。図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面構成を説明するための図である。第１実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射層の製造過程を説明するためのフロー図である。第１実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射層の製造過程を説明するための図である。第１実施形態に係る積層型チップバリスタ及び反射層の製造過程を説明するための図である。第１実施形態に係る発光装置を設置した状態を示す図である。第２実施形態に係る発光装置の断面構成を説明するための図である。

符号の説明

ＬＥ１，ＬＥ２・・・発光装置、１，６０・・・半導体発光素子、１１，７０・・・積層型チップバリスタ、２１・・・バリスタ素体、２２，２３・・・第１の外部電極、２５〜２８・・・第２の外部電極、２４，６１・・・反射層、３１，４１・・・内部電極。

Claims

バリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する積層体と、前記積層体の外表面に形成されると共に、前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続される複数の外部電極と、を有する積層型チップバリスタと、
前記積層型チップバリスタ上に配され、当該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の外部電極に接続された半導体発光素子と、
前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射層と、
を備え、
前記反射層は、ガラス及び金属を含むことを特徴とする発光装置。
バリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する積層体と、前記積層体の外表面に形成されると共に、前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続される複数の外部電極と、を有する積層型チップバリスタと、
前記積層型チップバリスタ上に配され、当該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の外部電極に接続された半導体発光素子と、
前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射層と、
を備え、
前記反射層は、ガラス及び金属酸化物を含むことを特徴とする発光装置。
バリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する積層体と、前記積層体の外表面に形成されると共に、前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続される複数の外部電極と、を有する積層型チップバリスタと、
前記積層型チップバリスタ上に配され、当該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の外部電極に接続された半導体発光素子と、
前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射層と、
を備え、
前記反射層は、ガラスと金属からなる粉末とを含み、前記金属からなる粉末は金属酸化物により被覆されていることを特徴とする発光装置。
バリスタ層と、当該バリスタ層を挟むように配置される複数の内部電極とを有する積層体と、前記積層体の外表面に形成されると共に、前記複数の内部電極のうち対応する内部電極にそれぞれ接続される複数の外部電極と、を有する積層型チップバリスタと、
前記積層型チップバリスタ上に配され、当該積層型チップバリスタに並列接続されるように前記複数の外部電極に接続された半導体発光素子と、
前記積層型チップバリスタと前記半導体発光素子との間に配されると共に、前記半導体発光素子が発生した光を反射する反射層と、
を備え、
前記反射層は、樹脂と金属からなる粉末とを含み、前記金属からなる粉末は金属酸化物により被覆されていることを特徴とする発光装置。
前記反射層は、前記金属としてＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉのいずれか少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１、３、及び４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記反射層は、前記樹脂としてシリコーン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、及びキシレン樹脂のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
前記反射層は、前記金属酸化物としてＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、及びＺｒＯ_２のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記反射層は、前記積層型チップバリスタの前記半導体発光素子と対向する面に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
前記反射層は、前記積層型チップバリスタが有する面のうち前記バリスタ層の積層方向に平行な方向に延びる面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
前記反射層は、前記半導体発光素子の前記積層型チップバリスタと対向する面に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
前記半導体発光素子は、前記積層型チップバリスタ上にフリップチップボンディング又はワイヤボンディングされることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光装置。