JP5375041B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置およびその製造方法に係り、特に発光素子が支持基板上に接合部材により接続された実装構造を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオードなどの発光素子チップ（以下、発光素子と記す）を用いた表面実装型の発光装置が知られている。このような発光装置において、発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、正電極と負電極とを同一面側に有する発光素子を、配線パターンが形成された支持基板上にフリップチップで接合した構造が知られている。その一例として、絶縁基板上に形成された一対の電極の所定の位置にＡｕ−Ｓｎ半田を塗布し、Ａｕバンプ付きＬＥＤ素子をフリップチップ実装して接合した後、リフローすることにより半田を溶融して電気的導通をとっている。また、ＬＥＤ素子を保護する目的として、ＬＥＤ素子およびバンプの周辺を透光性の封止樹脂で封止している。
上記構造の発光装置は、ＬＥＤ素子と配線パターンとがある程度の高さを有するＡｕバンプにて接合されていることから、接合強度が強く、優れた信頼性を有する。しかし、Ａｕバンプの高さのため、ＬＥＤ素子と配線パターンとの間に多くの封止樹脂が介在しており、この介在部の樹脂が熱ストレスを受けると、配線パターン側からＬＥＤ素子側へ応力が発生する。この応力は、前記介在部の樹脂量が多い場合、または、厳しい温度変化を伴う環境下にて上記構造の発光装置を使用する場合、ＬＥＤ素子と封止樹脂との密着性やＬＥＤ素子と配線パターンとの接合性に悪影響を与えるほど大きくなり、水分の吸収による信頼性の低下やＬＥＤ素子の接合不良の発生による不灯が生じる場合がある。
一方、Ａｕバンプ以外の接合部材を用いて発光素子を支持基板上に実装した構造を有する発光装置が提案されているが、発光素子と支持基板との対向間隔が狭くなると、発光素子・支持基板のｐ−ｎ電極間の短絡を防止する対策が必要になる。
特許文献１には、発光素子の正電極と負電極およびｐ型化合物半導体層とｎ型化合物半導体の短絡防止を目的とし、支詩体の少なくとも正電極と負電極の境界部分に凹み（溝部）を有する短絡防止構造が開示されている。しかし、特許文献１中の図１に示すように高出力化のために発光素子チップの正電極と負電極の間隔を狭く配置した場合や、発光素子チップの負電極をより小さく設計した場合に、短絡防止を目的とした凹みを必要量だけ確保することができず、的記導電性材料により発光素子チップの両電極が短絡するという問題がある。
また、特許文献２中の図１には、フェイスダウン実装されたＬＥＤにおいて、パッケージ基板の正電極と負電極との間隔が発光素子の正電極と負電極との間隔より広く配置されている点が開示されている。しかし、発光素子の正電極とサブマウントの負電極が近接してしまう場合、ペースト状の導電性材料による接続を行うと上記発光素子チップの正電極とサブマウント上の負電極が短絡してしまうという問題がある。
特開２００５−３８８９２号公報 特開２００８−４９４８号公報
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、発光素子の電極と支持基板の導電部材とを導電性材料からなる接合部材により接合した発光素子・支持基板対向部において接合部材による不要な電極間短絡を防止し、歩留まり良く生産し得る発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の発光装置の製造方法は、平面形状が四角形の電極形成面を有する半導体層と、平面形状が略四角形であって、前記電極形成面の四隅まで延在し、かつ前記略四角形の一対の向かい合う辺の中央部にはそれぞれ凹没した部分を有するｐ電極と、前記ｐ電極を挟むように前記凹没した部分にそれぞれ配置される一対のｎ電極と、を有する発光素子と、前記発光素子を支持するための絶縁性基板上に、前記発光素子のｐ電極と外縁がほぼ一致するように対向し、かつ前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において前記ｐ電極の幅よりも狭い幅を有する第１の導電部材と、前記発光素子のｎ電極に対向する第２の導電部材と、が互いに電気的に分離されて形成された支持基板と、前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部材および第２の導電部材とを各対応して接続し、前記ｐ電極の四隅まで延在する接合部材と、を有する発光装置の製造方法において、前記支持基板の第１の導電部および第２の導電部材を含む領域上にペースト状の接合部材を供給する工程と、前記接合部材に前記発光素子のｐ電極およびｎ電極が接するように前記発光素子を載置する工程と、前記接合部材を加熱溶融させることによって、前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部および第２の導電部材とを接合する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の発光装置は、平面形状が四角形の電極形成面を有する半導体層と、平面形状が略四角形であって、前記電極形成面の四隅まで延在し、かつ前記略四角形の一対の向かい合う辺の中央部にはそれぞれ凹没した部分を有するｐ電極と、前記ｐ電極を挟むように前記凹没した部分にそれぞれ配置される一対のｎ電極と、を有する発光素子と、前記発光素子を支持するための絶縁性基板上に、前記発光素子のｐ電極と外縁がほぼ一致するように対向し、かつ前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において前記ｐ電極の幅よりも狭い幅を有する第１の導電部材と、前記発光素子のｎ電極に対向する第２の導電部材と、が互いに電気的に分離されて形成された支持基板と、前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部材および第２の導電部材とを各対応して接続し、前記ｐ電極の四隅まで延在する接合部材と、を備え、前記接合部材は、前記発光素子のｐ電極と前記支持基板の第１の導電部材との間において、前記ｐ電極および前記一対のｎ電極を横切る断面からみた側面が逆テーパー形状を有し、前記支持基板の第２の導電部材は、前記断面からみて、前記発光素子のｎ電極に対して同一幅で対向する、あるいは、外側寄りにずれて配置されていることを特徴とする。
さらに、前記発光素子の電極形成面の外縁を前記支持基板の第１の導電部材の外縁に対して少なくとも四辺でほぼ一致させ、発光素子の電極と支持基板の導電部材とのセルフアライメント性を確保することが好ましい。
また、支持基板の第１の導電部材と接合部材との接合面積は、発光素子のｐ電極と接合部材との接合面積の８５％以上１００％以下であることが好ましい。また、支持基板の各導電部材と発光素子の各電極との間の対向距離が１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
また、支持基板はＣｏ−Ｆｉｒｅにより形成されたセラミック基板であって、支持基板の第１，第２の導電部材間の距離が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内である場合、発光素子のｐ電極・ｎ電極間の距離が２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
また、本発明の発光装置の第１の態様において、前記発光素子のｎ電極は、前記発光素子の外縁の中央部付近に配置されていることが好ましい。さらに、発光素子の電極形成面の平面形状が四角形であり、発光素子のｐ電極および支持基板の第１の導電部材がそれぞれほぼ四角形の一部が変形された形状である場合、発光素子の電極形成面の四角形の各辺を支持基板の第１の導電部材の四角形の各辺に対してほぼ一致するように配置することが好ましい。
本発明の発光装置の製造方法によれば、発光素子のｐ，ｎ電極と支持基板の導電部材とを導電性材料からなる接合部材により接合した発光装置を製造する際、発光素子のｐ電極と支持基板の導電部材との対向部における接合部材の側面がテーパ状となるように形成することができ、接合部材による不要な電気的短絡を防止することができる。また、発光素子の電極と支持基板の導電部材とのセルフアライメント性を向上させることも容易に可能になる。
本発明の発光装置によれば、発光素子のｐ，ｎ電極と支持基板の導電部材とを導電性材料からなる接合部材により接合した発光素子・支持基板対向部において、発光素子のｐ，ｎ電極を横切る横断面において発光素子のｐ電極と支持基板の導電部材との対向部における接合部材の側面がテーパ状となるように形成することが可能になる。これにより、発光素子・支持基板の電極・導電部材間を所望通り電気的に接続することができ、電気的短絡を防止すべき電極・導電部材間での接合部材による短絡を防止することができる。また、発光装置の点灯時に、接合部材にエレクトロマイグレーションが発生したとしても、電気的短絡を防止すべき電極・導電部材間での短絡を防止することができる。
さらに、前記発光素子の電極形成面の外縁を支持基板の第１の導電部材の外縁に対して少なくとも四辺でほぼ一致させるように形成しておくことにより、発光装置の製造に際して、支持基板の導電部材に対して発光素子の電極を正確に配置するように十分なセルフアライメント性を確保することができる。結果として、発光素子・支持基板の電極・導電部材間を所望通り電気的に接続することができ、電気的短絡を防止すべき電極・導電部材間での接合部材による短絡を防止することができる。
また、支持基板の第１の導電部材と接合部材との接合面積は、発光素子のｐ電極と接合部材との接合面積の８５％以上であると、発光素子のｐ電極と接合部材との接合面積が１００％の場合と同等に放熱性を向上させることができる。
また、支持基板はＣｏ−Ｆｉｒｅにより形成されたセラミック基板であって第１，第２の導電部材間の距離が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内である場合、発光素子のｐ電極・ｎ電極間の距離が２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であると、十分なセルフアライメント性を維持すると共に、マイグレーションの発生をさらに防止することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の最良のの実施形態を説明する。但し、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものではない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図であり、図１中の発光素子・支持基板対向間隔部を拡大して図２に示す。１０は発光素子（例えばＬＥＤチップ）、２０は支持基板（パッケージ基板）、３０は導電性材料からなる接合部材である。なお、必要に応じて、発光素子１０を外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護するために被覆する透光性の封止部材（図示せず）が形成される。
図３は図１中の発光素子１０の電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図である。図４は、図１中の支持基板２０の電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図である。ここで、図３中の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る直線に沿って矢印方向にみた断面図が図１に相当する。
発光素子１０は、図３に示すように、本例では四角形であるが、その形状は特に限定されず、多角形、楕円形、円形などであってもよい。発光素子１０の片面側には、アノード用のパターン電極（ｐ電極１１）の一部を挟むように一対のカソード用のパターン電極（ｎ電極１２）を有する。ここで、発光素子１０の発光出力効率を高めるために、ｐ電極１１がｎ電極１２よりも大きく形成されている。ｐ電極１１のパターンは、例えば四角形の一対の一辺の中央部が円弧状に凹没した形状であり、ｎ電極１２のパターンは、例えば半楕円形である。また、発光素子の発光出力効率を高めるために、電極形成面において、一対のｎ電極１２からそれぞれｐ電極領域内に向かって円弧状に拡張用のｎ電極１２ａを１本延設しており、この拡張用のｎ電極１２ａの外周部ではｐ電極１１が存在しない。なお、発光装置では、発光面積を確保するために極限までｎ電極を小さく配置し、ｐ，ｎ電極間の間隔を最小化する場合が多いが、ｐ，ｎ電極間の短絡を防止するために適度な間隔が必要になる。
支持基板２０は、絶縁性基板２３上に、発光素子のｐ電極１１，ｎ電極１２にそれぞれ対向するように、それぞれ導電部材からなる正電極２１，負電極２２が例えば配線パターン（図示せず）の一部として形成されている。ここで、正電極２１は、例えば四角形の一対の一辺の中央部が円弧状に凹没したパターン形状を有し、負電極２２は、例えば半楕円形のパターン形状を有し、両者は電気的に分離されている。なお、正電極２１，負電極２２のパターンと図３の発光素子１０の電極形成面との対向状態を例示するために、図４中に点線Ｃで発光素子１０の電極形成面の外縁を示す。
接合部材３０は、発光素子１０のｐ，ｎ電極および支持基板２０の正，負電極をそれぞれ対応して電気的に接続するように接合しており、例えばペースト状の導電性材料が硬化したものである。
さらに、本実施形態において、支持基板２０は、正、負電極間の距離を所定値以上離して確保し、発光素子１１との接続の信頼性を損なわないように形成されている。具体的には、支持基板の正電極２１は、発光素子のｐ電極１１の大きさ内に収まるように形成されており、前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において前記発光素子のｐ電極の幅内で当該幅よりも狭く形成されている。
一方、支持基板の負電極２２は、発光素子のｎ電極１２とほぼ同じ面積を有し、前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面においてｎ電極１２に対して同一幅で対向するように配置されている。換言すれば、支持基板の正電極２１と接合部材３０との接合面積は、発光素子のｐ電極１１と接合部材３０との接合面積より小さく、支持基板の負電極１２と接合部材３０との接合面積は、発光素子のｎ電極１２と接合部材３０との接合面積と同じになっている。また、前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において、支持基板の正，負電極の間隔Ａは、発光素子のｐ，ｎ電極の間隔Ｂより広く、支持基板のｐ，ｎ電極間の離間部は発光素子のｐ，ｎ電極間の離間部と対向している。
なお、支持基板の正電極２１と発光素子のｐ電極１１とは、それぞれの中心位置がほぼ一致するように配置されていることが好ましい。これにより、発光素子１０を支持基板２０上に安定に接合固定することが可能になる。
さらに、本実施形態において、発光素子１０の電極形成面の外縁を支持基板２０のｐ電極２１の外縁に対して少なくとも四辺でほぼ一致させるように形成しておくことが好ましい。これにより、発光装置の製造に際して、支持基板の電極に対して発光素子の電極を正確に配置するように十分なセルフアライメント性を確保することができる。具体例として、発光素子１０は、電極形成面の平面形状が例えば四角形であり、そのｐ電極１１および支持基板の正電極２１はそれぞれほぼ四角形の一部が変形されたパターン形状を有する場合、発光素子１０の電極形成面の四角形の各辺が支持基板２０の正電極２１の四角形の各辺に対してほぼ一致するように配置されている。
上記したように本実施形態の発光装置によれば、接合部材３０のうちで発光素子のｐ電極１１と支持基板の正電極２１との対向部分を、発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面においての側面がテーパ状となるように形成することが可能になる。結果として、発光素子・支持基板の電気的接続が必要な電極間を所望通り接合することができ、電気的接続が不要な電極間が接合部材により短絡することを防止することができる。
また、接合部材３０が例えばＡｕＳｎ半田の場合、装置点灯時に特にＳｎにエレクトロマイグレーションが発生し易い。しかし、本実施形態のように接合部材３０の側面がテーパ状となるように形成することにより、発光装置の点灯時に、接合部材３０にエレクトロマイグレーションが発生したとしても、電気的接続が不要な電極間が短絡することを防止することができる。
また、発光素子１０の電極形成面の外縁を支持基板２０の正電極２１の外縁に対して四辺でほぼ一致させるように形成しているので、発光装置の製造に際して、支持基板２０の電極に対して発光素子１０の電極を正確な対向関係を維持するように配置することができる。このようにセルフアライメント性を十分に確保できることにより、発光素子・支持基板の電極間を所望通り電気的に接続した状態で発光素子１０を実装することができ、電気的接続が不要な電極間が接合部材３０により短絡することを防止することができる。
なお、発光素子１０のｐ，ｎ電極形成面は、ｐ，ｎ電極以外の領域は、例えば０．２μｍ以上の膜厚を有する酸化膜や窒化膜等の絶縁保護膜（図示せず）で覆われていることが好ましい。これにより、電気的接続が不要な電極間の短絡防止効果がさらに向上する。
また、支持基板２０の正，負電極形成面は、正，負電極以外の領域が絶縁保護膜（図示せず）で覆われている、もしくは絶縁性基板が露出していることが好ましい。これにより、発光素子・支持基板の半田接合に際して、支持基板面における正，負電極以外の領域に半田が広がり難くなり、電気的接続が不要な電極間の短絡防止効果がさらに向上する。
なお、前記接合部材３０の側面がテーパ状となるように形成するためには、支持基板２０の各電極と発光素子１０の各電極との間の対向距離は、支持基板の電極の厚み、接合部材３０の材質や厚みなどを適切に設定する。以下に具体例を述べる。
支持基板２０の各電極と発光素子１０の各電極との間の対向距離は、１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内に設定することが好ましい。また、接合部材３０に例えば半田を用いた場合、半田の厚みは、電極との接合性の関係上、１５μｍ以上、特に２０μｍ以上が好ましい。半田の厚みが１０μｍ以下の場合には、発光素子を支持基板上に搭載した時に押し潰された半田材料にボイドが発生し、電極との接合性が悪化する傾向が発生する。
また、支持基板２０の電極の厚みは、接合部材３０との接合性との関係上、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内、特に１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内に設定することが好ましい。電極の厚みが５μｍ未満の場合には、発光素子を支持基板上に搭載した時に押し潰された半田材料が支持基板上に流れ、接合に使用される半田量が現象してしまうので、半田厚みが薄くなる。また、電極の厚みが５０μｍを越える場合には、発光素子を支持基板上に搭載した時に押し潰された半田材料が支持基板上に流れてしまい、電気的接続が不要な電極間の短絡現象が発生し始める。
図５は、図１中の支持基板２０の正電極・接合部材の接合面積と熱抵抗比の関係のデータ例を示す特性図である。図５から分かるように、支持基板の正電極２１・接合部材３０の接合面積は、発光素子のｐ電極１１・接合部材３０の接合面積の８５％以上（８５％以上１００％以下）であることが好ましい。これにより、発光素子のｐ電極・接合部材との接合面積が１００％の場合と同等に放熱性を向上させることができる。
次に、本実施形態の発光装置の製造方法について、図１を参照しながら簡単に説明する。まず、半導体チップの同一面側に互いに極性が異なる第１の電極および一対の第２の電極を有する発光素子１０と、絶縁基板上に第１，第２の導電部材を有する支持基板２０と、発光素子の第１，第２の電極と支持基板の第１，第２の導電部材とを各対応して接続するための接合部材３０としてペースト状の導電性材料（例えばＡｕＳｎを含む共晶材料を用いたもの）を用意する。
本例では、発光素子１０の第１の電極としてｐ電極１１、第２の電極としてｎ電極１２）が形成されている。ここで、ｐ電極１１は発光素子の電極形成面の四隅まで延在して配置されており、一対のｎ電極１２はｐ電極１１の一部を挟むように配置されている。
支持基板２０は、発光素子のｐ電極１１およびｎ電極１２に対応して対向するように配置された第１の導電部材（本例では正電極となる）２１および第２の導電部材（本例では負電極となる）２２を有する。ここで、支持基板の第１の導電部材２１は、発光素子のｐ電極１１および一対のｎ電極１２を横切る断面において発光素子のｐ電極１１の幅よりも狭く形成されている。
次に、支持基板２０の第１，第２の導電部材を含む領域上にペースト状の導電性材料からなる接合部材３０をディスペンスまたはスタンピングにより供給する。そして、発光素子１０のｐ，ｎ電極が接合部材３０に接するように発光素子を載置する。この後、リフロー炉に通して接合部材３０を加熱して溶融させることによって、発光素子１０のｐ，ｎ電極と支持基板２０の第１，第２の導電部材とを接合（特に共晶接合）させる。この際、接合部材３０は、発光素子のｐ，ｎ電極間、および、支持基板の第１・第２の導電部材間でそれぞれ分離される。また、発光素子１０のｐ電極と支持基板２０の第１の導電部材との面積差、発光素子１０の各電極、支持基板２０の各導電部材と、電極相互間、導電部材相互間の絶縁材料の濡れ性の違いにより、図１中に示したように、ｐ電極１１と第１の導電部材２１とを接続する接合部材部分は側面が逆テーパーの形状となって硬化する。
これによって、発光素子の発光面積を最大限確保しながら、電気的接続が不要な電極・導電部材間が接合部材により短絡することを防止することができ、使用環境に左右されない優れた信頼性を有する発光装置を提供することができる。
以下、本実施形態の発光装置の構成要素について補足的に説明する。
（発光素子１０） 発光素子は、特に限定されないが、ここではＬＥＤチップについて説明する。本実施形態では、結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させることが可能なサファイア基材上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次積層させた半導体層１３を形成させ、その片方の面上にｐ電極１１、一対のｎ電極１２を形成している。
具体的には、エッチング等の方法により、ｐ型半導体層側からｎ型半導体層の一部を露出した後、ｐ型半導体層上および露出されたｎ型半導体層上にそれぞれｐ電極およびｎ電極を蒸着法やスパッタリング法により形成している。ｐ電極は、発光素子の出光を発光素子の透光性基板方向へ反射させる材料にて形成することが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒ等が挙げられる。ｎ電極は、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−ＡｕあるいはＷ−Ａｌ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ・Ｓｉ・Ｃｕ合金−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｎｉ等の多層電極を用いることができる。
発光素子の構成材料は、公知のものを適宜利用できるが、蛍光物質を備えた発光装置の場合、蛍光物質を励起する光を発光可能な半導体発光素子が好ましい。このような発光素子として、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を用いたもの、好適なものとして蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡＩＹＧａ（ｌ−Ｘ−Ｙ）Ｎ、Ｏ≦Ｘ、Ｏ≦Ｙ、Ｘ十Ｙ≦１）が挙げることができる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。
白色発光の発光装置を実現する場合には、例えば青色発光の発光素子と、透光性の封止部材に含まれる蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体）との組合せを使用することができる。この場合、ＹＡＧ蛍光体は青色発光素子からの光を一部吸収して補色となる黄色系の発光が可能となり、発光素子による発光との混色により白色系の発光装置を比較的簡単に信頼性良く形成できる。同様に、Ｅｕおよび／またはＣｒで賦活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 蛍光体を利用した場合は、青色発光素子からの光を一部吸収して補色となる赤色系の発光が可能となり、青色発光素子との組み合わせにより白色系の発光装置を比較的簡単に信頼性良く形成できる。
（支持基板２０） 支持基板は、Ａｌ２０３やＡｌＮを始めとするセラミックス系などの絶縁性基材上に、発光素子のｐ電極と接続するための正電極２１、発光素子のｎ電極と接続するための負電極２２を形成させている。なお、絶縁性基材にはセラミックス系のみならず、リードフレームタイプを使用しても良いが、発光素子と熱膨張係数差が小さい材料を用いることが好ましく、これにより、製造時や使用時に支持基板と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。
支持基板の形成方法としては、絶縁性基板、例えばセラミック基板上に導電パターンを形成した後に焼成するＣｏ−Ｆｉｒｅとか、絶縁性基板を焼成した後に導電パターンを形成するＰｏｓｔ−Ｆｉｒｅ等が挙げられる。Ｃｏ−Ｆｉｒｅは、パターン精度が若干劣るが、量産性がよく、安価に実現できる。本実施形態の支持基板がＣｏ−Ｆｉｒｅにより形成され、正，負電極間の距離が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内である場合、発光素子のｐ，ｎ電極間の距離を４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にすることにより、十分なセルフアライメント性を維持すると共に、マイグレーションの発生をさらに防止することができる。
支持基板の正、負電極の材料は、導電性を有しているものであれば特に限定されず、Ａｕや銀白色の金属、特に、反射率の高いＡｇ、Ａｌなどを用いることが好ましい。これにより、発光素子からの光が支持基板と反対側の方向に反射され、発光装置の光取り出し効率が向上する。導電性材料として金属を用いる場合、金属相互間の接着性の良さ、いわゆる濡れ性等を考慮して選択することが好ましい。正、負電極の形成方法の一例は、支持基板の絶縁性基板上の電極を形成しない領域にホトレジストパターンを形成し、電子ビーム蒸着、スパッタ、鍍金などの方法により、例えば厚さ１０ｎｍのＴｉ層、厚さ１μｍのＡｕ層を堆積する。その後、ホトレジストパターンを除去し、その上に堆積している金属層をリフトオフする。電極は、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ａｌ／Ａｕ等の積層構造を用いることもできる。
（接合部材３０） 接合部材は、導電性を有していれば特に限定されず、加熱溶融性の金属、導電ペースト、半田材料、焼結性Ａｇ粒子ペースト、異方導電性ペースト、などを用いることができる。特に、発光素子の各電極および支持基板の電極との濡れ性および密着性を考慮すると、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎのいずれかを含む合金、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＡｕＳｉ、ＳｎＡｇＢｉ、ＳｎＡｇＢｉＣｕ、ＳｎＣｕ、ＳｎＢｉ、ＳｎＰｂ、Ｉｎからなる群から選択される少なくとも１種を含む共晶材料を用いることが好ましい。
なお、発光素子を外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護するために封止部材により封止する場合、発光素子の外周から封止部材の外周の距離をほぼ等しくすることで、発光面を小さくでき、かつ均一な発光が得られる。封止部材の形状は、目的に合わせて、凸型、凹型、ドーム型、発光観測面側から見て楕円状、立方体、三角柱など種々の形状を選択することができる。例えば、封止部材の形状を凸レンズ形状、凹レンズ形状とすることによってレンズ効果をもたすことができる。封止部材の具体的な材料として、耐光性、透光性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂などの有機物や硝子など無機物があげられる。また、封止部材は、発光素子からの光を拡散させる目的で酸化アルミニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化珪素などを含有させることもできる。また、封止部材は、外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、封止部材は、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有させた色変換部材を用いることもできる。また、封止部材は、封止樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。
＜第１の実施形態の変形例＞
図６は、図１中の発光素子の電極形成面側におけるパターン配置の他の例を示す平面図である。このパターン配置では、発光素子１０の一対のｎ電極１２からそれぞれｐ電極領域の内側に向かって円弧状に拡張用の３本のｎ電極１２ａを延設しており、この拡張用のｎ電極１２ａの外周部ではｐ電極が存在しない。この場合、発光素子１０のｐ，ｎ電極形成面はｐ，ｎ電極以外の領域は絶縁保護膜で覆われていることが好ましい。このような構成によれば、前述した第１の実施形態よりも発光素子のｎ電極が多いので、発光出力効率をさらに高めることができる。
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図である。第２の実施形態においては、前述した第１の実施形態と比べて、支持基板の負電極２２は、発光素子のｎ電極１２よりも小さな面積を有し、発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面においてｎ電極に対して外側寄りにずれた配置で形成されている点が異なる。これにより、支持基板の負電極２２と接合部材３０との接合面積は、発光素子のｎ電極１２と接合部材３０との接合面積より小さくなっている。このような構成によれば、前述した第１の実施形態と同様の効果が得られるが、支持基板の正電極２１・負電極２２間の離間距離が大きくなる。しかも、発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において発光素子のｎ電極１２・支持基板の負電極２２間の接合部材３０の側面も逆テーパ状になるので、電気的接続が不要な電極間の短絡防止効果が大きくなる。また、支持基板２０の正，負電極形成面は、正，負電極以外の領域が絶縁保護膜（図示せず）で覆われている、もしくは絶縁性基板が露出していることが好ましい。これにより、発光素子・支持基板の半田接合に際して、支持基板面における正，負電極以外の領域に半田が広がり難くなり、電気的接続が不要な電極間の短絡防止効果がさらに向上する。
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図である。図９は図８中の発光素子１０ａの電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図である。図１０は、図８中の支持基板２０ａの電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図である。ここで、図９中のｎ電極と一対のｐ電極とを横切る直線Ｙ−Ｙに沿って矢印方向にみた断面図が図８に相当する。
第３の実施形態は、前述した第１の実施形態と比べて、（１）発光素子１０ａの片面側にはｎ電極１２を挟むように一対のｐ電極１１が形成されている点と、（２）支持基板２０ａの絶縁性基板２３上には、発光素子の一対のｐ電極１１とｎ電極１２にそれぞれ対向するように一対の正電極２１（第１の導電部材）と１乃至複数の負電極２２（第２の導電部材）が形成されている点が異なる。
ここで、発光素子１０ａは、発光出力効率を高めるために、ｐ電極１１がｎ電極１２よりも大きく形成されている。そして、ｐ電極１１は、例えば四角形のパターンで形成されており、発光素子の電極形成面の四隅まで延在して配置されている。また、ｎ電極１２は、発光素子１０ａの電極形成面の中央部の帯領域において中心部にほぼ円形のパターンで形成されたｎ電極と電極形成面の一対の対向する外縁の中央部付近に半楕円形状のパターンで形成されたｎ電極とを有する。さらに、発光素子の発光出力効率を高めるために、電極形成面中央部のｎ電極１２から両側のｐ電極領域内に向かって放射状に拡張用のｎ電極１２ａが２本延設されている。この拡張用のｎ電極１２ａの外周部ではｐ電極１１が存在せず、発光素子１０ａの電極形成面において、ｎ電極１２の周辺部は絶縁保護膜（図示せず）により覆われている。
一方、支持基板２０ａの第１の導電部材２１は、発光素子１０ａの一対のｐ電極１１に対向してそれぞれほぼ長方形状のパターンで形成されている。また、第２の導電部材２２も、発光素子１０ａの電極形成面の中央部の帯領域にほぼ長方形のパターンで形成されている。第１の導電部材２１は、発光素子の一対のｐ電極１１およびｎ電極１２を横切るＹ−Ｙ断面において発光素子のｐ電極１１の幅よりも狭く形成されており、かつ、ｐ電極よりも外側にずれて配置されている。また、第２の導電部材２２は、発光素子１０ａの一対のｐ電極１１およびｎ電極１２を横切るＹ−Ｙ断面においてｎ電極１２と同一幅で対向する（あるいは、ｎ電極１２よりも狭い幅で対向する）ように配置されている。
ここで、第１の導電部材２１と接合部材３０との接合領域の一例を図８中にハッチング領域Ｄで示す。また、支持基板２０ａの導電部材形成面と発光素子１０ａの電極形成面との対向状態の一例を示すために、図９中に発光素子１０ａの電極形成面の外縁を点線Ｃで示す。
また、支持基板２０ａにおいて導電部材形成面は、導電部材以外の領域が絶縁保護膜（図示せず）で覆われている、もしくは絶縁性基板が露出していることが好ましい。これにより、発光素子・支持基板の半田接合に際して、支持基板面における正，負電極以外の領域に半田が広がり難くなり、電気的接続が不要な電極間の短絡防止効果がさらに向上する。
＜第３の実施形態の変形例＞
第３の実施形態において、発光素子１０ａの電極形成面中央部のｎ電極１２から両側のｐ電極領域内に向かって放射状に拡張用のｎ電極１２ａを３本以上延設するように変形実施してもよい。この拡張用のｎ電極１２ａの外周部ではｐ電極１１が存在せず、発光素子１０ａのｐ，ｎ電極形成面はｐ，ｎ電極以外の領域が絶縁保護膜で覆われている。
このような構成によれば、前述した第３の実施形態よりも発光素子１０ａのｎ電極が多いので、発光出力効率をさらに高めることができる。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す実施例のみに限定されることなく、種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。
（実施例１） 図１に示した発光装置において、支持基板２０は、Ｃｏ−Ｆｉｒｅにより形成されたセラミック基板であり、支持基板２０の正，負電極間距離は１００μｍである。発光素子１０のｐ，ｎ電極間距離は４０μｍである。支持基板２０の各電極と発光素子１０の各電極との間の対向距離は２０μｍである。接合部材３０はＡｕＳｎ半田が用いられ、半田の厚みは２０μｍである。支持基板２０の電極の厚みは、２０μｍに設定されている。支持基板の正電極２１・接合部材３０の接合面積は、発光素子のｐ電極１１・接合部材３０の接合面積の９０％である。このような構成により、十分なセルフアライメント性を維持すると共に、半田によるマイグレーションの発生を確実に防止することができた。
本発明の発光装置は、高出力・高信頼性の発光が求められる車両用灯具など、広い分野で使用可能である。
本発明の第１の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図。 図１中の発光素子・支持基板対向間隔部を拡大して示す断面図。 図１中の発光素子の電極形成面における電極パターン配置の一例を示す平面図。 図１中の支持基板上における電極パターン配置の一例を示す平面図。 図１中の支持基板の正電極・接合部材の接合面積／発光素子のｐ電極・接合部材の接合面積の比率と放熱性との関係のデータの一例を示す図。 図１中の発光素子の電極形成面側におけるパターン配置の他の例を示す平面図。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図。 本発明の第３の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す部分断面側面図。 図８中の発光素子の電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図。 図８中の支持基板の電極形成面側における電極パターン配置の一例を示す平面図。
符号の説明
１０…発光素子、１１…ｐ電極、１２…ｎ電極、２０…支持基板、２１…正電極（第１の導電部材）、２２…負電極（第２の導電部材）、２３…絶縁性基板、３０…接合部材。

Claims (9)

  1. 平面形状が四角形の電極形成面を有する半導体層と、平面形状が略四角形であって、前記電極形成面の四隅まで延在し、かつ前記略四角形の一対の向かい合う辺の中央部にはそれぞれ凹没した部分を有するｐ電極と、前記ｐ電極を挟むように前記凹没した部分にそれぞれ配置される一対のｎ電極と、を有する発光素子と、
    前記発光素子を支持するための絶縁性基板上に、前記発光素子のｐ電極と外縁がほぼ一致するように対向し、かつ前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において前記ｐ電極の幅よりも狭い幅を有する第１の導電部材と、前記発光素子のｎ電極に対向する第２の導電部材と、が互いに電気的に分離されて形成された支持基板と、
    前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部材および第２の導電部材とを各対応して接続し、前記ｐ電極の四隅まで延在する接合部材と、
    を有する発光装置の製造方法において、
    前記支持基板の第１の導電部および第２の導電部材を含む領域上にペースト状の接合部材を供給する工程と、
    前記接合部材に前記発光素子のｐ電極およびｎ電極が接するように前記発光素子を載置する工程と、
    前記接合部材を加熱溶融させることによって、前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部および第２の導電部材とを接合する工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記接合部材は、前記発光素子のｐ電極と前記支持基板の第１の導電部材との間において、前記ｐ電極および前記一対のｎ電極を横切る断面からみた側面が逆テーパー形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記接合部材は、ＡｕＳｎを含む共晶材料を用いていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記発光素子の電極形成面の外縁は、前記支持基板の第１の導電部材の外縁に対して少なくとも四辺でほぼ一致することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の発光装置の製造方法。
  5. 平面形状が四角形の電極形成面を有する半導体層と、平面形状が略四角形であって、前記電極形成面の四隅まで延在し、かつ前記略四角形の一対の向かい合う辺の中央部にはそれぞれ凹没した部分を有するｐ電極と、前記ｐ電極を挟むように前記凹没した部分にそれぞれ配置される一対のｎ電極と、を有する発光素子と、
    前記発光素子を支持するための絶縁性基板上に、前記発光素子のｐ電極と外縁がほぼ一致するように対向し、かつ前記発光素子の一対のｎ電極とｐ電極とを横切る断面において前記ｐ電極の幅よりも狭い幅を有する第１の導電部材と、前記発光素子のｎ電極に対向する第２の導電部材と、が互いに電気的に分離されて形成された支持基板と、
    前記発光素子のｐ電極およびｎ電極と前記支持基板の第１の導電部材および第２の導電部材とを各対応して接続し、前記ｐ電極の四隅まで延在する接合部材と、を備え、
    前記接合部材は、前記発光素子のｐ電極と前記支持基板の第１の導電部材との間において、前記ｐ電極および前記一対のｎ電極を横切る断面からみた側面が逆テーパー形状を有し、
    前記支持基板の第２の導電部材は、前記断面からみて、前記発光素子のｎ電極に対して同一幅で対向する、あるいは、外側寄りにずれて配置されていることを特徴とする発光装置。
  6. 前記発光素子の電極形成面の外縁を前記支持基板の第１の導電部材の外縁に対して少なくとも四辺でほぼ一致していることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
  7. 前記支持基板の第１の導電部材と前記接合部材との接合面積は、前記発光素子のｐ電極と前記接合部材との接合面積の８５％以上１００％以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置。
  8. 前記支持基板の各導電部材と前記発光素子の各電極との間の対向距離が１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一つに記載の発光装置。
  9. 前記支持基板は、Ｃｏ−Ｆｉｒｅにより形成されたセラミック基板であって、前記支持基板の第１の導電部材・第２の導電部材間の距離が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内であり、前記発光素子のｐ電極・ｎ電極間の距離が２０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一つに記載の発光装置。
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