JP4496596B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は発光装置に関する。詳しくは、第1の波長の光を出力する第1の半導体素子と、第1の波長と異なる第2の波長の光を出力する第2の半導体素子を光の出力方向に積層したものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の発光装置、例えば半導体素子を用いた発光ダイオードでは、赤色や緑色等の波長の光を出力する半導体素子を透明樹脂等のパッケージ内に収納して構成されている。また、出力光の波長が異なる2つの半導体素子を一つのパッケージ内に収納することで複数色での発光が可能とされている。
【0003】
図4は、1つのパッケージ内に2つの半導体素子を収納した発光ダイオード50の構成を示している。発光ダイオード50のカソード端子とされるフレーム51上に2つの半導体素子60,70が並設される。また、このとき半導体素子60,70の一方の電極601,701が、フレーム51と導電性を有するように接着される。
【0004】
また、半導体素子60の他方の電極602は、ボンディングワイヤ55によって、発光ダイオード50のアノード端子とされるフレーム52に接続されると共に、半導体素子70の他方の電極702は、ボンディングワイヤ56によって発光ダイオード50のアノード端子とされるフレーム53に接続される。さらに、並設された半導体素子60,70やフレーム51,52,53がモールド樹脂58を用いて樹脂封止されて発光ダイオード50が形成される。
【0005】
このため、例えば、半導体素子60として赤色の光を出力する半導体素子を用いると共に、半導体素子70として緑色の光を出力する半導体素子を用いるものとすれば、フレーム52からフレーム51側に電流を流すことで、発光ダイオード50を赤色に発光させることができる。また、フレーム53からフレーム51側に電流を流すことで、発光ダイオード50を緑色に発光させることができる。さらに、フレーム52からフレーム51側に電流を流すと共にフレーム53からフレーム51側に電流を流すことで、半導体素子60から赤色の光が出力されると共に半導体素子70から緑色の光が出力されて、発光ダイオード50を橙色に発光させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように2つの半導体素子を並設した場合には、赤色の光の出力位置と緑色の光の出力位置が一致せず、図5に示すように各色の指向特性が異なってしまう。このため、見る角度によって色むらを生じてしまう。例えば、発光ダイオード50を橙色に発光させているとき、矢印A方向からみたときには赤色が強い橙色に見えてしまうと共に、矢印B方向からみたときには緑色が強い橙色に見えてしまう。
【0007】
そこで、この発明では、複数色の発光を行う際に色むらの少ない発光装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る発光装置は、第1のサファイヤ基板と、前記第1のサファイヤ基板の第1の主面の上に順次積層される第1の半導体バッファ層と、第1の高キャリア濃度半導体層と、第1の波長の光を出力する第1の半導体発光層と、第1の半導体クラッド層と、第1の半導体コンタクト層と、と、前記第1の高キャリア濃度半導体層の上に形成される第1の電極と、前記第1の半導体コンタクト層の上に形成される第2の電極とを有する第1の半導体素子と、第2のサファイヤ基板と、前記第2のサファイヤ基板の第1の主面の上に順次積層される第2の半導体バッファ層と、第2の高キャリア濃度半導体層と、第1の波長と異なる第2の波長の光を出力する第2の半導体発光層と、第2の半導体クラッド層と、第2の半導体コンタクト層と、前記第2の高キャリア濃度半導体層の上に形成される第3の電極と、前記第2の半導体コンタクト層の上に形成される第4の電極とを有する第2の半導体素子と、第1のフレームと、前記第1のフレームと電気的に絶縁される第2のフレームと、を備え、前記第1のフレームの上に、バンプを介して前記第1の半導体コンタクト層の上に形成される前記第2の電極を設置し、前記第2のフレームの上に、バンプを介して前記第1の高キャリア濃度半導体層の上に形成される前記第1の電極を設置し、前記第1の半導体素子の第2の主面と前記第2の半導体素子の第2の主面とを透光性の接着剤を用いて接着することにより、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子を光の出力方向に積層したものである。
【0009】
この発明においては、第1の波長の光を出力する第1の半導体素子が基板上にフリップチップ実装されて、この第1の半導体素子上に第1の波長と異なる第2の波長の光を出力する第2の半導体素子が光の出力方向に積層される。また、第2の半導体素子の素子サイズが第1の半導体素子よりも小さくされる。さらに、第1の半導体素子のフリップチップ実装面側に反射性を有する電極が設けられる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態について、図を用いて詳細に説明する。図1は所望の波長の光を出力する半導体素子20の構成を示している。
【0011】
サファイヤ基板200上にはバッファ層201が設けられ、バッファ層201上に高キャリア濃度n+層202が形成される。高キャリア濃度n+層202上には発光層203が設けられる。
【0012】
また、発光層203上にはp型クラッド層204が設けられ、p型クラッド層204上にp型コンタクト層205が形成される。さらにp型コンタクト層205上に、コバルト(Co)やニッケル(Ni)等の金属を用いて反射性を有する電極206が形成されて、この電極206上の一部に電極パッド207が形成される。また、高キャリア濃度n+層202上に他方の電極パッド208が形成される。ここで、電極パッド207,208は、フリップチップ実装のためのバンプを設けることができるように形成されて、電極パッド207,208間に電流が流されると、発光層203から発光層面に対して垂直方向に所定の波長の光が出力される。
【0013】
また、半導体素子20とは波長が異なる光を出力する半導体素子30が半導体素子20と同様に構成される。この半導体素子30では、発光層203と対応する発光層303から、発光層203とは波長が異なる光が垂直方向に出力される。また、電極206と対応する電極306は透明性を有するように形成されると共に、電極パッド207,208と対応する電極パッド307,308は、ボンディングワイヤが接続できるように形成される。また、電極パッド307は、発光層303から出力される光をできるだけ遮らないように小さく形成される。
【0014】
次に、図2に示すように、半導体素子20の電極パッド207,208にはバンプ257,258が形成される。このバンプ257がアノード端子とされるフレーム11上に位置すると共に、バンプ258がカソード端子とされるフレーム12上に位置するように半導体素子20が位置決めされて、フリップチップ実装される。
【0015】
その後、半導体素子20のサファイヤ基板200側に透光性の接着剤40を用いて半導体素子30のサファイヤ基板300側が接着される。さらに半導体素子30の電極パッド307にボンディングワイヤ15の一方の端部が接続されると共に、ボンディングワイヤ15の他方の端部は、アノード端子とされるフレーム13と接続される。また、半導体素子30の電極パッド308にボンディングワイヤ16の一方の端部が接続されると共に、ボンディングワイヤ16の他方の端部は、フレーム12と接続される。さらに、積層された半導体素子20,30やフレーム11,12,13がモールド樹脂18を用いて樹脂封止されて発光ダイオード10が形成される。
【0016】
このように、半導体素子20をフリップ実装すると共に、この半導体素子20に半導体素子30を貼り付けることで、光の出力方向を同一方向として各半導体素子が積層されて発光ダイオード10が形成される。このため、発光ダイオード10では、光の出力位置が等しいものとなり色むらを軽減させることができる。また、半導体素子20の電極206は反射性を有するように形成されているので、発光層203からバンプ257側に出力された光が半導体素子30側に反射されるので、発光層203から出力された光を有効に利用できる。
【0017】
ここで、半導体素子20,30から出力される光の波長は、半導体素子30での光の吸収率が少ない波長の光を半導体素子20側から出力させるものとする。このようにすれば、半導体素子20から出力される光が半導体素子30で大幅に減衰されてしまうことがなく、複数色の発光を所望の光度で行うこともできる。
【0018】
また、例えば赤色のように目立ちやすい色を半導体素子20側から出力させると共に、赤色よりも目立ちにくい緑色を半導体素子30側から出力させるものとしても良い。この場合、赤色の光が半導体素子30で減衰されても、容易に発光色を視認できる。
【0019】
さらに、上述の実施の形態では、半導体素子20と半導体素子30の素子サイズを略等しいものとしたが、図3に示すように、フリップチップ実装される半導体素子20よりも半導体素子30の素子サイズを小さくしても良い。この場合、半導体素子20から出力される光の一部は、半導体素子30を透過することなく出力されるので、半導体素子20から出力される光の減衰を少なくできる。
【0020】
なお、上述の実施の形態では、2つの半導体素子を貼り合わせて光の出力方向に積層するものしたが、サファイヤ基板の両面にそれぞれ発光層や電極を形成して半導体素子を構成することにより2つの半導体素子を積層させるものとし、この半導体素子をフリップチップ実装したのち、ボンディングワイヤを電極に接続するものとしても、同様な作用効果を得ることができる。さらに、発光ダイオードの形状は、上述のランプ形状に限られるものではない。
【0021】
【発明の効果】
この発明によれば、第1の波長の光を出力する第1の半導体素子と、第1の波長と異なる第2の波長の光を出力する第2の半導体素子が光の出力方向に積層されるので、光の出力位置が等しいものとなり色むらを軽減させることができる。また、第1の半導体素子を基板上にフリップチップ実装するものとし、フリップチップ実装された第1の半導体素子上に第2の半導体素子を積層することにより、簡単に光の出力位置を等しくできる。また第2の半導体素子の素子サイズを第1の半導体素子よりも小さくされるので、第1の半導体素子から出力された光の減衰を少なくできる。さらに、第1の半導体素子のフリップチップ実装面側に反射性を有する電極が設けられているので、第1の半導体素子から出力される光を有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体素子の構成を示す図である。
【図2】発光ダイオードの構成を示す図である。
【図3】発光ダイオードの他の構成を示す図である。
【図4】従来の発光ダイオードの構成を示す図である。
【図5】従来の発光ダイオードの指向特性を示す図である。
【符号の説明】
10,50 発光ダイオード
11,12,13,51,52,53 フレーム
15,16 ボンディングワイヤ
18,58 モールド樹脂
20,30,60,70 半導体素子
40 接着剤
200,300 サファイヤ基板
201,301 バッファ層
202,302 高キャリア濃度n+層
203,303 発光層
204,304 p型クラッド層
205,305 p型コンタクト層
206,306 電極
207,208,307,308 電極パッド
257,258 バンプ
Claims (4)
- 第1のサファイヤ基板と、前記第1のサファイヤ基板の第1の主面の上に順次積層される第1の半導体バッファ層と、第1の高キャリア濃度半導体層と、第1の波長の光を出力する第1の半導体発光層と、第1の半導体クラッド層と、第1の半導体コンタクト層と、と、前記第1の高キャリア濃度半導体層の上に形成される第1の電極と、前記第1の半導体コンタクト層の上に形成される第2の電極とを有する第1の半導体素子と、
第2のサファイヤ基板と、前記第2のサファイヤ基板の第1の主面の上に順次積層される第2の半導体バッファ層と、第2の高キャリア濃度半導体層と、第1の波長と異なる第2の波長の光を出力する第2の半導体発光層と、第2の半導体クラッド層と、第2の半導体コンタクト層と、前記第2の高キャリア濃度半導体層の上に形成される第3の電極と、前記第2の半導体コンタクト層の上に形成される第4の電極とを有する第2の半導体素子と、
第1のフレームと、
前記第1のフレームと電気的に絶縁される第2のフレームと、
を備え、
前記第1のフレームの上に、バンプを介して前記第1の半導体コンタクト層の上に形成される前記第2の電極を設置し、前記第2のフレームの上に、バンプを介して前記第1の高キャリア濃度半導体層の上に形成される前記第1の電極を設置し、前記第1の半導体素子の第2の主面と前記第2の半導体素子の第2の主面とを透光性の接着剤を用いて接着することにより、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子を光の出力方向に積層したことを特徴とする発光装置。 - 前記第2の半導体素子の素子サイズを前記第1の半導体素子よりも小さくし、前記第1の半導体素子から出力された光を前記第2の半導体素子の内部を透過することなく外部に出力することを可能としたことを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記第1の半導体コンタクト層の上に形成される前記第2の電極を、反射性を有する電極により形成したことを特徴とする請求項1又は2記載の発光装置。
- 前記第2の高キャリア濃度半導体層の上に形成される前記第3の電極が、前記第1の高キャリア濃度半導体層の上に形成される前記第1の電極がバンプを介して設置される前記第2のフレームに電気的に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の発光装置。
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