JP6136701B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
発光素子のパッド電極と実装電極とをAuワイヤを用いて接続する発光装置が知られている(特許文献1参照)。
特開2009−054860号公報
しかしながら、発光装置の光取り出し効率を高めるためには、Auワイヤよりも反射率が高いAgワイヤを用いることが好ましい。
そこで、本発明は、Agワイヤを用いた光取り出し効率に優れる発光装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。すなわち、本発明は、発光素子のパッド電極と実装電極とがAgワイヤを用いて接続される発光装置であって、前記パッド電極は、前記Agワイヤが接合される領域にPtを有することを特徴とする発光装置である。
本発明の実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 一例である発光素子(その1)の模式図である。 一例である発光素子(その2)の模式的断面図である。 一例である発光素子(その3)の模式的断面図である。 一例である発光素子(その4)の模式的断面図である。
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
[発光装置]
図1は、本発明の実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置は、支持体10と、実装電極20と、支持体10上に設けられる発光素子30と、発光素子30のパッド電極34と実装電極20とを接続するAgワイヤ40と、発光素子30及びAgワイヤ40を封止する封止部材50と、を備えた発光装置である。
以下、順に説明する。
(支持体10)
支持体10には、プリント基板や、樹脂パッケージなどを用いることができる。樹脂パッケージには発光素子30を載置するための凹部を設けてもよい。
(実装電極20)
実装電極20には、各種の導電部材を用いることができる。実装電極20にAgを用いれば、実装電極20とAgワイヤ40との接合強度を高めることができる。
実装電極20は、支持体10の表面側に設けられる。支持体10をプリント基板とする場合は、ガラエポなどからなる母材に形成した導電性の薄膜を実装電極20として用いることができる。この際、支持体10に設けられた貫通孔11(例:スルーホール)を介して、支持体10の表面側に設けられている実装電極20を支持体10の裏面側に設けられている外部電極60に接続してもよい。また、支持体10を樹脂パッケージとする場合には、実装電極20に例えばリードフレームを用いることができる。この場合、リードフレームは、例えば樹脂パッケージの凹部内から樹脂パッケージの側面側を通って樹脂パッケージの裏面側に引き回すことができる。
(Agワイヤ40)
Agワイヤ40には、Agが100%で構成されるワイヤのほか、Agを主成分とするワイヤを用いることができる。Agを主成分とするワイヤとは、Agが50%以上含まれているワイヤをいう。例えば、組成がAg:88%、Pd:8.5%、Au:3.5%であるワイヤは、Agを主成分とするワイヤの一例である。
(封止部材50)
封止部材50には、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの発光装置の分野で利用される透光性の部材を用いることができる。封止部材50には、TiOやSiOなどの光拡散部材や、緑色や黄色を発光するYAG系蛍光体やクロロシリケート蛍光体等のシリケート系蛍光体、赤色を発光する(Sr,Ca)AlSiN:Eu等のSCASN系蛍光体、CaAlSiN:Eu等のCASN系蛍光体などの蛍光体部材などを含有させることができる。
(発光素子30)
発光素子30には、各種の半導体発光素子(例:発光ダイオード、半導体レーザ素子)を用いることができる。ただし、近紫外から青色領域の光(例えば波長360〜500nm付近の光)を出射する発光素子を用いることが特に好ましい。Agワイヤ40は、これらの波長域に発光ピーク波長がある光に対して反射率が高いためである。
発光素子30の一例としては、例えば、次に説明する発光素子(その1)、発光素子(その2)、発光素子(その3)及び発光素子(その4)などを挙げることができる。
[発光素子(その1)]
図2は、一例である発光素子(その1)の模式図である。図2中、(a)は(b)中のA-A断面図であり、(b)は平面図である。
図2に示すように、発光素子(その1)は、基板31と、基板31上に形成される半導体層32と、半導体層32上に形成される透光性電極33と、透光性電極33上に形成されるパッド電極34と、パッド電極34の上面が露出するように半導体層32と透光性電極33とを覆う保護膜35と、を備えている。
(基板31)
基板31には、サファイア基板やC面、R面、A面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル(MgA1)のような絶縁性基板、また炭化ケイ素(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、及び窒化物系半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板などを用いることができる。
(半導体層32:n型半導体層32a、活性層32b、p型半導体層32c)
半導体層32は、n型半導体層32a、活性層32b、及びp型半導体層32cなどを有している。n型半導体層32aは、基板31上に形成されており、活性層32bは、n型半導体層32a上に形成されており、p型半導体層32cは、活性層32b上に形成されている。
このようなn型半導体層32a、活性層32b、及びp型半導体層32cの種類や材料は特に限定されるものではなく、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体を用いることができる。具体的には、例えばInAlGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体を用いることができ、より具体的には、例えばInN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、発光装置の分野で公知のものを利用することができる。
(透光性電極33:p側透光性電極33a、n側透光性電極33b)
透光性電極33には、p側透光性電極33aとn側透光性電極33bとがある。p側透光性電極33aは、p型半導体層32c上に形成されており、n側透光性電極33bは、n型半導体層32a上に形成されている。
透光性電極33には、導電性酸化物であるZnO,In、SnO、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)などを用いることができる。
(パッド電極34:p側パッド電極34a、n側パッド電極34b)
パッド電極34には、p側パッド電極34aとn側パッド電極34bとがある。p側パッド電極34aは、p側透光性電極33a上に形成されており、n側パッド電極34bは、n側透光性電極33b上に形成されている。Agワイヤ40は、パッド電極34(p側パッド電極34a、n側パッド電極34b)に接合される。
パッド電極34は、Agワイヤ40に接合される領域にPtを有している。Ptが100%で構成されるパッド電極やPtとPt以外の金属とを有するパッド電極や、後述する発光素子(その2)から(その4)が備えるパッド電極などは、Agワイヤ40が接合される領域にPtを有するパッド電極34の一例である。
Ptが100%で構成されるパッド電極は、Agワイヤ40との接合性の点で優れている。
PtとPt以外の金属とを有するパッド電極は、透光性電極33との接合強度や材料コストなどの点で優れている。なお、PtとPt以外の金属とを有するパッド電極において、Pt以外の金属は、Agとの接合強度が損なわれない程度の量が含まれているものとすることができる。Pt以外の金属には、Ni、Pd、Co、Fe、Ti、Cu、Rh、Au、Ru、W、Zr、Mo、Ta、Ag、Cr、Hfなどから適宜選択された金属などを用いることができる。
パッド電極34の膜厚は、0.05μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。このようにすれば、たとえ異種材料であるAgワイヤ40を接合する際に生じる応力(負荷)によってパッド電極34が変形したとしても、下地(本発明の実施形態においては透光性電極)が露出しないため、高い接合強度と高い歩留まりとを両立することができる。ただし、製造時間や材料コストなどを考慮すると、パッド電極34の膜厚は、2μm以下であることが好ましい。
図2(b)に示すように、p側パッド電極34aは、Agワイヤ40が接合される外部接続部34a1と、外部接続部34a1から延伸する延伸部34a2と、を有する形状に構成することができる。延伸部34a2の幅は、1μm以上20μm以下であることが好ましく、5μm以上10μm以下であることがさらに好ましい。この幅に形成すれば、半導体層32から出射された光が延伸部34a2によって遮られる程度を軽減することができる。
(保護膜35)
保護膜35には、SiOやSiNなどの絶縁材料を用いることができる。なお、p側パッド電極34aの延伸部34a2は、保護膜35で被覆されていないことが好ましい。このようにすれば、保護膜35で反射した光が戻り光として延伸部34a2で吸収されてしまうことがないため、発光装置の光取り出し効率が向上する。
以上説明した発光素子(その1)によれば、Agワイヤ40に接合されるパッド電極34上の領域がPtを有するものとされるところ、Ptは、Agとの接合強度に優れる材料であるのみならず、反射率にも優れる材料である。したがって、発光素子(その1)によれば、Agワイヤ40を用いた光取り出し効率に優れる発光装置を提供することができる。
[発光素子(その2)]
図3は、一例である発光素子(その2)の模式的断面図である。
図3に示すように、発光素子(その2)は、パッド電極34(p側パッド電極34a、n側パッド電極34b)が第1層341と第1層341上に形成された第2層342とを有する点で、発光素子(その1)と相違する。以下、相違する点を中心に説明する。
(第1層341)
第1層341は、Ptよりも電気伝導率の高い金属材料を有する層である。この第1層341によれば、パッド電極34におけるシート抵抗を下げることができるため、電流拡散の効果があり有用であり、特に、パッド電極34が延伸部34a2(図2(b)参照)を有している場合などにおいて有用である。
Ptよりも電気伝導率の高い金属には、Au、Ag、Cu、Al、Rh、Mo、及びWから選択される少なくとも一種の金属材料を用いることもできる。また、第1層341が有する金属材料はTiであってもよい。ただし、第1層341は、これらの材料に加えて、Ptを有していてもよい。このようにすれば、パッド電極34の反射率が高まり、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
第1層341の膜厚は、1〜5nmであることが好ましく、1〜2nm程度であることがより好ましい。このようにすれば、半導体層32からの光が第1層341を透過するとともに、下地である透光性電極33と第1層341との接触抵抗が下がるため、半導体層32とパッド電極34とのオーミック接触がとりやすくなる。なお、第2層342が部分的に露出する程度にまで第1層341を薄く形成すれば、第2層342に含まれるPt(後述)が第1層341に拡散するため、透光性電極33と第1層341との接触抵抗をさらに下げることができる。
(第2層342)
第2層342は、Ptを有する層である。Agワイヤ40は、第2層342に接合される。
p側パッド電極34a(延伸部34a2を有する場合)における第2層342の膜厚は、2.5μm以上5μm以下とするのが好ましい。このようにすれば、パッド電極34のシート抵抗をより低下させることができる。
また、p側パッド電極34a(延伸部34a2を有さない場合)における第2層342の膜厚、及びn側パッド電極34bにおける第2層342の膜厚は、0.05μm以上であるのが好ましく、0.1μm以上であるのがさらに好ましい。このようにすれば、第2層342にAgワイヤ40を接合する際に第2層342が第1層341から剥離などすることを防止することができる。
ただし、p側パッド電極34a(延伸部34a2を有さない場合)における第2層342の膜厚、及びn側パッド電極34bにおける第2層342の膜厚は、2μm以下であるのが好ましく、1μm以下であるのがさらに好ましい。このようにすれば、発光装置の製造コスト及び製造時間を削減することができる。
以上説明した発光素子(その2)によれば、Agワイヤ40を用いた光取り出し効率に優れる発光装置において、パッド電極34のシート抵抗を第2層342によって下げることができるため、Agワイヤ40から流れ込む電流を半導体層32全体に拡散しやすくすることができる。
[発光素子(その3)]
図4は、一例である発光素子(その3)の模式的断面図である。
図4に示すように、発光素子(その3)は、パッド電極34(p側パッド電極34a、n側パッド電極34b)が第1層343と第1層343上に形成された第2層344とを有する点、およびn側パッド電極34bとn型半導体層32aとの間に透光性電極33bを有していない点で、発光素子(その1)と相違する。以下、相違する点を中心に説明する。
(第1層343)
第1層343には、Crが100%で構成される層、Crを主成分とする層、又はRhを主成分としつつCrを有する層などを用いることができる。
Crを主成分とする層とは、Crが50%以上含まれている層をいう。例えば、組成がCr:90%、Pt:10%である層は、Crを主成分とする層の一例である。Cr100%で構成される層やCrを主成分とする層によれば、パッド電極34と透光性電極33との接合強度を高めることができる。
また、Rhを主成分としつつCrを有する層とは、Rhを50%以上含みつつCrを有する層をいう。例えば、組成がCr:5%、Rh:95%である層は、Rhを主成分としつつCrを有する層の一例である。Rhを主成分としつつCrを有する層によれば、Crによりパッド電極34と透光性電極33との接合強度を高めつつ、Agワイヤ40に反射率に優れたパッド電極34を接合することができる。
第1層343の膜厚は、1〜50nm程度であることが好ましく、1〜10nm程度であることがさらに好ましい。このようにすれば、透光性電極33とパッド電極34との接合強度を高めることができる。
ただし、第1層343は、製造における膜厚のばらつきを考慮すると、3.0nm程度の膜厚を狙い目にして製造することが好ましい。
さらに、p側パッド電極34aにおける第1層343の膜厚は、本発明の実施形態のようにp型半導体層32cとの間に透光性電極33を有する場合、p側パッド電極34aと透光性電極33とのコンタクト抵抗の低減を考慮し、9nm未満であることが好ましく、6nm以下とすることがより好ましく、4.5nm以下とすることがさらに好ましい。また、n側パッド電極34bにおける第1層343の膜厚は、n側パッド電極34bとn型半導体層32aとのコンタクト抵抗の低減を考慮し、1nm以上であることが好ましく、1.5nm以上であることがより好ましい。
(第2層344)
第2層344は、Ptを有する層である。Agワイヤ40は、第2層344に接合される。
第2層344は、Ptが第1層343に十分に拡散するよう、第1層343より薄くならないように形成することが好ましく、例えば、第1層343の厚さの1倍以上が好ましく、5倍以上がより好ましく、具体的には10nm以上とすることが製造上においても制御し易く好ましい。ただし、100nmを超えて第2層344を厚くしても効果のさらなる向上は見込めず、却って歩留まりが低下するため、第2層344は、100nm以下であることが好ましい。
第1層343と第2層344との界面近傍には、第2層344から第1層343へPtが拡散したことによるCr−Pt合金層が形成されていることが好ましい。このようにすれば、第1層343と第2層344とが互いに密着して一体となるため、パッド電極34と透光性電極33との接合強度が向上する。
また、第2層344から第1層343へPtを拡散させるために、パッド電極34は、第1層343、第2層344、及びその他の金属層が成膜された以後に熱処理を施されることが好ましい。
以上説明した発光素子(その3)によれば、Agワイヤ40を用いた光取り出し効率に優れる発光装置において、パッド電極34のコンタクト抵抗を下げることができる。
[発光素子(その4)]
図5は、一例である発光素子(その4)の模式的断面図である。
図5に示すように、発光素子(その4)は、パッド電極34(p側パッド電極34a、n側パッド電極34b)が、発光素子(その3)における第2層344上に形成された第3層345と第3層345上に形成された第4層346とを有する点で、発光素子(その3)と相違する。なお、発光素子(その4)において、第2層344は、発光素子(その3)と同様にパッド電極34と透光性電極33との接合強度を高めると共に、第3層345が第1層343に拡散するのを抑制するためのものである。
(第3層345)
第3層345には、Auが100%で構成される層のほか、Auを主成分とする層を用いることができる。Auを主成分とする層とは、Auが50%以上含まれている層であって、Ptよりも電気伝導率の高い材料が含まれている層をいう。Ptよりも電気伝導率の高い材料には、Cu、Al、Ag、Au、Rh、Mo、及びWなどを用いることができる。
第3層345の膜厚は、0.1〜1μmであることが好ましい。特に、1μm程度である場合は、発光装置の駆動電圧Vfの上昇を抑制することができる。
第3層345は、Ptよりも電気伝導率の高い金属材料を有する層である。この第3層345によれば、パッド電極34のシート抵抗を下げることができるため、電流拡散の効果があり有用であり、特に、p側パッド電極34aが延伸部34a2(図2(b)参照)を有している場合などにおいて有用である。
(第4層346)
第4層346には、Ptが100%で構成される層のほか、Ptを主成分とする層を用いることができる。Ptを主成分とする層とは、Ptが50%以上含まれている層をいう。
第4層346の膜厚は、0.05〜1μmであることが好ましく、0.1〜0.5であるのがより好ましい。このようにすれば、第4層346にAgワイヤ40を接合する際に第4層346が第3層345から剥離などすることを防止することができる。
以上説明した発光素子(その4)によれば、Agワイヤ40を用いた光取り出し効率に優れる発光装置において、パッド電極34のコンタクト抵抗を下げることができる。また、パッド電極34のシート抵抗を第3層345によって下げることができるため、Agワイヤ40から流れ込む電流を半導体層32全体に拡散しやすくすることができる。このため、発光素子(その4)によれば、発光素子(その3)と同程度の導電性を確保しつつ、発光素子(その3)よりもパッド電極34を薄くすることができるため、発光装置の生産性を向上させることができる。
[実験結果]
材質が異なるパッド電極を備えた4枚のウェハを準備し、各パッド電極とAgワイヤとの接合性を確認した。各パッド電極は、いずれも5つの層を有しており、Agワイヤは、5番目の層(第5層)の表面に接合した。表1中、「接合の成否」欄において、マル印は「接合された」ことを示し、バツ印は「接合されなかった」ことを示す。
Figure 0006136701
表1で示されているとおり、Agワイヤに接合される領域がPtを有する場合には、Agワイヤをパッド電極に接合することができたが、Agワイヤに接合される領域がPtを有さない場合には、Agワイヤをパッド電極に接合することができなかった。したがって、Agワイヤに接合される領域がPtを有する場合には、Agワイヤとパッド電極との接合強度が高まることが理解される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。
10 支持体
11 貫通孔
20 実装電極
30 発光素子
31 基板
32 半導体層
32a n型半導体層
32b 活性層
32c p型半導体層
33 透光性電極
33a p側透光性電極
33b n側透光性電極
34 パッド電極
341 第1層
342 第2層
343 第1層
344 第2層
345 第3層
346 第4層
34a p側パッド電極
34a1 外部接続部
34a2 延伸部
34b n側パッド電極
35 保護膜
40 Agワイヤ
50 封止部材
60 外部電極

Claims (4)

  1. 発光素子のパッド電極と実装電極とがAgワイヤを用いて接続される発光装置であって、
    前記発光素子は、
    半導体層と、
    前記半導体層上に形成される透光性電極と、
    前記パッド電極と、を有し、
    前記パッド電極は、
    前記透光性電極上に形成されるCrを有する第1層と、
    前記第1層上に形成されるPtを有する第2層と、を有し、
    前記Agワイヤは、前記パッド電極の第2層に接合される、
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記透光性電極は導電性酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1層と前記第2層との界面近傍にはCr−Pt合金層が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記パッド電極は、前記Agワイヤが接合される外部接続部と、前記外部接続部から延伸する延伸部と、を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
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