JP6942589B2 - 半導体発光装置および紫外線発光モジュール - Google Patents
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Description
本発明は半導体発光装置およびこれを備えた紫外線発光モジュールに関する。
半導体発光装置は、発光層である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。
半導体発光装置の一般的な形態では、半導体発光素子（半導体チップ）が、外部金属線との接続体を有する回路基板（パッケージ基板）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属ボールなどの接続体で接続され、半導体チップの他方の面から光が放射される。
半導体発光装置の一般的な形態では、半導体発光素子（半導体チップ）が、外部金属線との接続体を有する回路基板（パッケージ基板）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属ボールなどの接続体で接続され、半導体チップの他方の面から光が放射される。
半導体チップの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。また、金属ボールなどの接続体は、半導体チップで発生した熱をパッケージ基板へ逃がす放熱作用も発揮する。
発光効率および光取出し効率を向上する目的で、窒化物半導体発光素子のｐ型電極を、並列に配置された複数の帯状部（第一方向の寸法が第一方向と直交する第二方向の寸法より大きい形状の部分）を有する形状にすることが行われている。この場合、窒化物半導体発光素子のｎ型電極と回路基板のｎ型電極とを接続する接続体は、ｐ型電極の隣接する帯状部間や帯状部の幅方向中心線の延長線上に配置されている（例えば、特許文献１を参照）。
発光効率および光取出し効率を向上する目的で、窒化物半導体発光素子のｐ型電極を、並列に配置された複数の帯状部（第一方向の寸法が第一方向と直交する第二方向の寸法より大きい形状の部分）を有する形状にすることが行われている。この場合、窒化物半導体発光素子のｎ型電極と回路基板のｎ型電極とを接続する接続体は、ｐ型電極の隣接する帯状部間や帯状部の幅方向中心線の延長線上に配置されている（例えば、特許文献１を参照）。
半導体発光装置には、発光面において発光光量を均一化することが求められている。発光光量の不均一性の原因の一つとして、ｐ型電極とｎ型電極との間に流れる電流が部分的に集中して不均一になることが挙げられる。また、装置内での温度ムラに起因する局所的な装置破壊や光量の不均一化を抑制するために、発光面からの放熱性（熱抵抗）の均一化も求められている。
本発明の課題は、半導体発光素子のｐ型電極またはｎ型電極が帯状部を有する形状の半導体発光装置として、電流および放熱の不均一性が抑制されたものを提供することである。
本発明の課題は、半導体発光素子のｐ型電極またはｎ型電極が帯状部を有する形状の半導体発光装置として、電流および放熱の不均一性が抑制されたものを提供することである。
上記課題を達成するために、本発明の第一態様の半導体発光装置は、下記の構成要件(a)〜(e)を有する。
(a)基板の一面上に形成された半導体発光素子を備える。この半導体発光素子は、平面視で隣接して形成された第一電極および第二電極を有する。
(b)基板の一面と向かい合う対向面を有する基体を備える。この対向面に、半導体発光素子の第一電極に対応する第三電極（基体の第一電極）と、半導体発光素子の第二電極に対応する第四電極（基体の第二電極）が形成されている。
(c)半導体発光素子の第一電極と第三電極（基体の第一電極）とを電気的に接続している第一電極用接続体を備える。半導体発光素子の第二電極と第四電極（基体の第二電極）とを電気的に接続している第二電極用接続体を備える。
(d)半導体発光素子の第二電極は、平面視で帯状部を有する。
(e)偶数個の第一電極用接続体が、平面視で、帯状部の幅方向中心線の延長線に対して線対称に配置されている。
(a)基板の一面上に形成された半導体発光素子を備える。この半導体発光素子は、平面視で隣接して形成された第一電極および第二電極を有する。
(b)基板の一面と向かい合う対向面を有する基体を備える。この対向面に、半導体発光素子の第一電極に対応する第三電極（基体の第一電極）と、半導体発光素子の第二電極に対応する第四電極（基体の第二電極）が形成されている。
(c)半導体発光素子の第一電極と第三電極（基体の第一電極）とを電気的に接続している第一電極用接続体を備える。半導体発光素子の第二電極と第四電極（基体の第二電極）とを電気的に接続している第二電極用接続体を備える。
(d)半導体発光素子の第二電極は、平面視で帯状部を有する。
(e)偶数個の第一電極用接続体が、平面視で、帯状部の幅方向中心線の延長線に対して線対称に配置されている。
本発明の第二態様の半導体発光装置は、上記構成要件(a)〜(c)と下記の構成要件(f)(g)を有する。
(f)半導体発光素子の第二電極は、平面視で二本以上の帯状部を有する。
(g)平面視で隣り合う帯状部の幅方向中心線の延長線同士の間に配置された第一電極用接続体を有する。
(f)半導体発光素子の第二電極は、平面視で二本以上の帯状部を有する。
(g)平面視で隣り合う帯状部の幅方向中心線の延長線同士の間に配置された第一電極用接続体を有する。
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子の第二電極（ｐ型電極またはｎ型電極）が帯状部を有する形状の半導体発光装置であって、電流および放熱の不均一性が抑制されたものである。
［第一態様および第二態様について］
本発明の第一態様の半導体発光装置は、半導体発光素子の第二電極が平面視で帯状部を有する形状であり、偶数個の第一電極用接続体が、平面視で帯状部の幅方向中心線の延長線に対して線対称または略線対称に配置されている。
本発明の第一態様の半導体発光装置は、半導体発光素子の第二電極が平面視で帯状部を有する形状であり、偶数個の第一電極用接続体が、平面視で帯状部の幅方向中心線の延長線に対して線対称または略線対称に配置されている。
最も単純な例を図１（ａ）に示す。この例では、半導体発光素子の第二電極が帯状部１０１を一つ有し、二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部で、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。この例によれば、二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部で延長線Ｌ２に対して非線対称に配置されている場合（例えば、右側の第一電極用接続体１０２が二点鎖線で示す配置の場合）と比較して、各第一電極用接続体１０２から帯状部１０１までの距離が等しく、電気抵抗および熱抵抗が同一となるため電流および放熱の不均一性が抑制される。
図１（ｂ）に示す例では、半導体発光素子の第二電極が帯状部１０１を二本（複数）有し、二本の帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１が平行であり、二本の帯状部１０１のそれぞれにおいて、二個（偶数個）の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部で、幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。この例によれば、二本の帯状部１０１の少なくともいずれかにおいて、二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部で延長線Ｌ２に対して非線対称に配置されている場合（例えば、右側の帯状部１０１の右側の第一電極用接続体１０２が二点鎖線で示す配置の場合）と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。
図１（ｃ）に示す例では、半導体発光素子の第二電極が帯状部１０１を一つ有し、各二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部および他端部のそれぞれで、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。この例によれば、各二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部および他端部の少なくともいずれかで延長線Ｌ２に対して非線対称に配置されている場合（例えば、帯状部１０１の長手方向一端部で右側の第一電極用接続体１０２が二点鎖線で示す配置の場合）と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。
図１（ｄ）に示す例では、半導体発光素子の第二電極が帯状部１０１を二本（複数）有し、二本の帯状部１０１のそれぞれにおいて、各二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部および他端部のそれぞれで、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。この例によれば、二本の帯状部１０１の少なくともいずれかにおいて、各二個の第一電極用接続体１０２が、帯状部１０１の長手方向一端部および他端部の少なくともいずれかで延長線Ｌ２に対して非線対称に配置されている場合（例えば、帯状部１０１の長手方向一端部で、右側の帯状部１０１の右側の第一電極用接続体１０２が二点鎖線で示す配置の場合）と比較して電流および放熱の不均一性が抑制される。
本発明の第二態様の半導体発光装置は、半導体発光素子の第二電極が平面視で二本以上の帯状部を有し、平面視で隣り合う帯状部の幅方向中心線の延長線同士の間に配置された第一電極用接続体を有する。なお、半導体発光素子の第二電極は平面視で三本以上の帯状部を有することが好ましい。帯状部を三本以上有すると、隣り合う帯状部の幅方向中心線の延長線同士の間に配置された第一電極用接続体を配置することができる箇所が多く、第一電極用接続体の設置位置や数の自由度が増す。これに伴い、回転衝撃に対する強度を高めることができる。
第二態様に含まれる例を図２（ａ）に示す。この例では、半導体発光素子の第二電極が帯状部１０１を三本有し、隣り合う帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２同士の間に配置された第一電極用接続体１０２を有する。この例によれば、全ての第一電極用接続体１０２が、隣り合う帯状部１０１の延長線Ｌ２同士の間以外の部分に形成されている場合と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。
図２（ｂ）に示す例では、図１（ｂ）に示す例に対して、以下の構成が追加されている。隣り合う帯状部１０１の長手方向中間部同士を結合する繋ぎ部１０３を有し、第二電極用接続体として、繋ぎ部１０３に配置された繋ぎ部上接続体２０１と、繋ぎ部１０３で結合された帯状部１０１の長手方向端部に配置された端部上接続体２０２と、を有する。
この例によれば、繋ぎ部１０３を有することで、繋ぎ部１０３を有さない場合と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。また、繋ぎ部上接続体２０１と端部上接続体２０２を有さない場合と比較して、第二電極用接続体による接続の安定性が向上するため、外部からの衝撃によって半導体発光素子が基体から剥離することが抑制される。
この例によれば、繋ぎ部１０３を有することで、繋ぎ部１０３を有さない場合と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。また、繋ぎ部上接続体２０１と端部上接続体２０２を有さない場合と比較して、第二電極用接続体による接続の安定性が向上するため、外部からの衝撃によって半導体発光素子が基体から剥離することが抑制される。
図２（ｃ）に示す例では、図２（ａ）に示す例に対して、以下の構成が追加されている。隣り合う帯状部１０１の長手方向中間部同士を結合する繋ぎ部１０３を有し、第二電極用接続体として、繋ぎ部１０３に配置された繋ぎ部上接続体２０１と、繋ぎ部１０３で結合された帯状部１０１の長手方向端部に配置された端部上接続体２０２と、を有する。
この例によれば、繋ぎ部１０３を有することで、繋ぎ部１０３を有さない場合と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。また、繋ぎ部上接続体２０１と端部上接続体２０２を有さない場合と比較して、第二電極用接続体による接続の安定性が向上する。
この例によれば、繋ぎ部１０３を有することで、繋ぎ部１０３を有さない場合と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。また、繋ぎ部上接続体２０１と端部上接続体２０２を有さない場合と比較して、第二電極用接続体による接続の安定性が向上する。
図２（ｄ）に示す例では、図２（ｃ）の例と第一電極用接続体１０２の配置が異なり、繋ぎ部上接続体２０１の中心と、繋ぎ部上接続体２０１に最も近い第一電極用接続体１０２の中心と、を結ぶ直線Ｌ３が、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１と平行または略平行である。この例によれば、直線Ｌ３が、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１と平行または略平行でない図２（ｃ）の例と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。
なお、略平行とは、厳密には平行ではないが当業者にとって平行と認められる場合を意味する。
なお、略平行とは、厳密には平行ではないが当業者にとって平行と認められる場合を意味する。
図２（ｅ）に示す例では、図２（ｂ）の例と第一電極用接続体１０２の配置が異なり、繋ぎ部上接続体２０１の中心と、繋ぎ部上接続体２０１に最も近い第一電極用接続体１０２の中心と、を結ぶ直線Ｌ３が、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１と平行または略平行である。この例によれば、直線Ｌ３が、帯状部１０１の幅方向中心線Ｌ１と平行または略平行でない図２（ｂ）の例と比較して、電流および放熱の不均一性が抑制される。
［実施形態］
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。
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。
＜構成＞
図３に示すように、実施形態の半導体発光装置１０は、半導体チップ（半導体発光素子）１と、パッケージ基板（基体）２と、第一金属バンプ（ｎ用接続体、第一電極用接続体）３と、第二金属バンプ（ｐ用接続体、第二電極用接続体）４と、を有する。
図４に示すように、半導体チップ１は、基板１１の一面１１０上に半導体発光素子が形成されたものであり、基板１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、窒化物半導体活性層１３と、ｐ型窒化物半導体層１４と、ｎ型電極１５と、ｐ型電極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３に示すように、実施形態の半導体発光装置１０は、半導体チップ（半導体発光素子）１と、パッケージ基板（基体）２と、第一金属バンプ（ｎ用接続体、第一電極用接続体）３と、第二金属バンプ（ｐ用接続体、第二電極用接続体）４と、を有する。
図４に示すように、半導体チップ１は、基板１１の一面１１０上に半導体発光素子が形成されたものであり、基板１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、窒化物半導体活性層１３と、ｐ型窒化物半導体層１４と、ｎ型電極１５と、ｐ型電極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。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。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。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１５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。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。なお、半導体チップ１は、ｎ型窒化物半導体層１２の厚い部分１２１、窒化物半導体活性層１３、ｐ型窒化物半導体層１４、およびｐ型電極１６と、ｎ型電極１５とを絶縁する絶縁層を有するが、図４では省略されている。
半導体チップ１は、発光素子であり、例えば、ピーク波長範囲が２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の紫外線光を発光する素子である。基板１１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板、サファイア基板である。基板１１は、熱伝導率が高いＡｌＮ基板を用いることが好ましい。ｎ型窒化物半導体層１２は、例えばｎ−ＡｌＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層である。窒化物半導体活性層１３は、例えば、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＧａＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層である。ｐ型窒化物半導体層３４は、例えばｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層である。
図５に示すように、半導体チップ１の平面形状は長方形である。なお、半導体チップ１の平面形状は、縦横の長さが異なる狭義の長方形に限定されるものではなく、四辺の長さが等しい長方形（即ち、正方形）でも構わない。あるいは、三角形や、六角形などの多角形でも、丸型などの曲線部を有する構造であっても構わない。ｎ型電極１５およびｐ型電極１６は、それぞれ、平面視で、半導体チップ１をなす長方形の中心Ｃ１を通り、その長方形の一辺と平行な直線Ｌ１１と、この直線Ｌ１１に直交する直線Ｌ１２の両方に対して線対称に形成されている。
ｐ型電極１６は、平面視において、直線Ｌ１１と長手方向を揃えて並列に配置された四本の帯状部１６１，１６２，１６３，１６４と、隣り合う帯状部１６１〜１６４同士を結合する三つの繋ぎ部１６５，１６６，１６７とを有する。繋ぎ部１６５は、帯状部１６１の長手方向中間部１６１ａと、その隣の帯状部１６２の長手方向中間部１６２ａを結合する。繋ぎ部１６６は、帯状部１６２の長手方向中間部１６２ａと、その隣の帯状部１６３の長手方向中間部１６３ａを結合する。繋ぎ部１６７は、帯状部１６３の長手方向中間部１６３ａと、その隣の帯状部１６４の長手方向中間部１６４ａを結合する。
帯状部１６１〜１６４の長手方向端部１６１ｂ〜１６４ｂは、全て半円状の凸部となっている。繋ぎ部１６５〜１６７は、直線Ｌ１１と平行な帯状部１６１〜１６４との境界ラインを短辺とし、直線Ｌ１２と平行な二辺を長辺とする長方形である。
帯状部１６１〜１６４の長手方向端部１６１ｂ〜１６４ｂは、全て半円状の凸部となっている。繋ぎ部１６５〜１６７は、直線Ｌ１１と平行な帯状部１６１〜１６４との境界ラインを短辺とし、直線Ｌ１２と平行な二辺を長辺とする長方形である。
ｎ型電極１５は、平面視において、ｐ型電極１６の隣り合う帯状部とこれらを結合する繋ぎ部とで囲まれた（例えば、帯状部１６１と帯状部１６２と繋ぎ部１６５とで囲まれた）六つの帯状部１５１と、長手方向周辺部（帯状部１６１〜１６４の長手方向両端部より外側の部分、図５における上下方向端部）１５２と、幅方向周辺部（図５における帯状部１６１の左側部分および帯状部１６４の右側部分）１５３を有する。
そして、ｎ型電極１５の平面視における内形線は、ｐ型電極１６の外形線を、所定隙間を介してなぞる線である。つまり、半導体チップ１は、平面視で隣接して形成されたｎ型電極１５およびｐ型電極１６を有する。
そして、ｎ型電極１５の平面視における内形線は、ｐ型電極１６の外形線を、所定隙間を介してなぞる線である。つまり、半導体チップ１は、平面視で隣接して形成されたｎ型電極１５およびｐ型電極１６を有する。
図４および図６に示すように、パッケージ基板２は、半導体チップ１の基板１１の一面１１０と向かい合う対向面２１１を有する。
また、図６に示すように、パッケージ基板２は、絶縁性基板２１と、絶縁性基板２１の対向面２１１上に形成されたｎ型電極２５とｐ型電極２６を有する。ｎ型電極２５は、パッケージ基板２の幅方向（図６の左右方向）の一端部（図６の左端部）に配置された帯状の基部２５１と、基部２５１の長手方向（図６の上下方向）の両端から垂直に延びる二本の帯状の接続部２５２を有する。
また、図６に示すように、パッケージ基板２は、絶縁性基板２１と、絶縁性基板２１の対向面２１１上に形成されたｎ型電極２５とｐ型電極２６を有する。ｎ型電極２５は、パッケージ基板２の幅方向（図６の左右方向）の一端部（図６の左端部）に配置された帯状の基部２５１と、基部２５１の長手方向（図６の上下方向）の両端から垂直に延びる二本の帯状の接続部２５２を有する。
ｐ型電極２６は、パッケージ基板２の幅方向（図６の左右方向）の他端部（図６の右端部）に配置された帯状の基部２６１と、基部２６１の長手方向（図６の上下方向）の中央部から垂直に延びる一本の帯状の接続部２６２を有する。ｐ型電極２６の接続部２６２は、隙間を介してｎ型電極２５の二本の接続部２５２の間に配置されている。
パッケージ基板２の平面視で長方形の中央部２０が半導体チップ１を配置する部分である。この中央部２０を含む範囲に、ｎ型電極２５の接続部２５２およびｐ型電極２６の接続部２６２が形成されている。
パッケージ基板２の平面視で長方形の中央部２０が半導体チップ１を配置する部分である。この中央部２０を含む範囲に、ｎ型電極２５の接続部２５２およびｐ型電極２６の接続部２６２が形成されている。
図３に示すように、パッケージ基板２のｎ型電極２５の二本の接続部２５２は、半導体チップ１のｎ型電極１５の長手方向周辺部１５２を覆う位置に配置されている。パッケージ基板２のｐ型電極２６の接続部２６２は、平面視において、ｐ型電極１６の全体を覆う位置に配置されている。
そして、図４に示すように、半導体チップ１のｎ型電極１５の長手方向周辺部１５２とパッケージ基板２のｎ型電極２５の接続部２５２が、第一金属バンプ（ｎ用接続体）３で電気的に接続されている。また、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の接続部２６２が、第二金属バンプ（ｐ用接続体）４で電気的に接続されている。
そして、図４に示すように、半導体チップ１のｎ型電極１５の長手方向周辺部１５２とパッケージ基板２のｎ型電極２５の接続部２５２が、第一金属バンプ（ｎ用接続体）３で電気的に接続されている。また、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の接続部２６２が、第二金属バンプ（ｐ用接続体）４で電気的に接続されている。
つまり、第一金属バンプ３および第二金属バンプ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。第一金属バンプ３および第二金属バンプ４は、例えば、金または金を含む合金で形成されたバンプであり、導電性が高い金バンプであることが好ましい。
また、図４に示すように、半導体チップ１のｎ型電極１５とパッケージ基板２のｎ型電極２５との間隔（半導体発光装置１０の厚さ方向での寸法）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との間隔よりも大きい。しかし、第一金属バンプ３よりも第二金属バンプ４の方が半導体発光装置１０の厚さ（パッケージ基板２と半導体チップ１の裏面同士の間隔）方向での寸法が小さいことで、半導体発光装置１０の厚さが均一になっている。
また、図４に示すように、半導体チップ１のｎ型電極１５とパッケージ基板２のｎ型電極２５との間隔（半導体発光装置１０の厚さ方向での寸法）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との間隔よりも大きい。しかし、第一金属バンプ３よりも第二金属バンプ４の方が半導体発光装置１０の厚さ（パッケージ基板２と半導体チップ１の裏面同士の間隔）方向での寸法が小さいことで、半導体発光装置１０の厚さが均一になっている。
＜金属バンプの平面視での配置＞
図７に示すように、実施形態の半導体発光装置１０は、１０個の第一金属バンプ（ｎ用接続体）３を有する。１０個の第一金属バンプ３は、ｎ型電極１５の各長手方向周辺部１５２に五個ずつ配置されている。図７の左右方向で隣り合う二個（偶数個）の第一金属バンプ３は、ｐ型電極１６の各帯状部１６１〜１６４の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。また、図７の左右方向で両端となる位置に配置されている第一金属バンプ３ａ以外の第一金属バンプ３は、隣り合う帯状部１６１〜１６４の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２同士の間（各繋ぎ部１６５〜１６７の幅方向中心線Ｌ３上）に配置されている。
図７に示すように、実施形態の半導体発光装置１０は、１０個の第一金属バンプ（ｎ用接続体）３を有する。１０個の第一金属バンプ３は、ｎ型電極１５の各長手方向周辺部１５２に五個ずつ配置されている。図７の左右方向で隣り合う二個（偶数個）の第一金属バンプ３は、ｐ型電極１６の各帯状部１６１〜１６４の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２に対して線対称に配置されている。また、図７の左右方向で両端となる位置に配置されている第一金属バンプ３ａ以外の第一金属バンプ３は、隣り合う帯状部１６１〜１６４の幅方向中心線Ｌ１の延長線Ｌ２同士の間（各繋ぎ部１６５〜１６７の幅方向中心線Ｌ３上）に配置されている。
図７に示すように、実施形態の半導体発光装置１０は、１５個の第二金属バンプ（ｐ用接続体）４を有する。１５個の第二金属バンプ４のうちの三個は、繋ぎ部１６５〜１６７の中央部に配置された繋ぎ部上接続体４１ａ〜４１ｃであり、八個は、帯状部１６１〜１６４の長手方向端部１６１ｂ〜１６４ｂの幅方向中間位置に配置された端部上接続体４２である。残りの四個は、帯状部１６１〜１６４の長手方向中間部１６１ａ〜１６４ａの中央部に配置された中間部上接続体４３である。
帯状部１６１と帯状部１６２とを結合する繋ぎ部１６５上に配置された繋ぎ部上接続体４１ａの中心と、繋ぎ部上接続体４１ａに最も近い第一金属バンプ３の中心と、を結ぶ直線（繋ぎ部１６５の幅方向中心線）Ｌ３は、帯状部１６１および帯状部１６２の幅方向中心線Ｌ１と平行である。帯状部１６２と帯状部１６３とを結合する繋ぎ部１６６上に配置された繋ぎ部上接続体４１ｂの中心と、繋ぎ部上接続体４１ｂに最も近い第一金属バンプ３の中心と、を結ぶ直線（繋ぎ部１６６の幅方向中心線）Ｌ３は、帯状部１６２および帯状部１６３の幅方向中心線Ｌ１と平行である。
帯状部１６１と帯状部１６２とを結合する繋ぎ部１６５上に配置された繋ぎ部上接続体４１ａの中心と、繋ぎ部上接続体４１ａに最も近い第一金属バンプ３の中心と、を結ぶ直線（繋ぎ部１６５の幅方向中心線）Ｌ３は、帯状部１６１および帯状部１６２の幅方向中心線Ｌ１と平行である。帯状部１６２と帯状部１６３とを結合する繋ぎ部１６６上に配置された繋ぎ部上接続体４１ｂの中心と、繋ぎ部上接続体４１ｂに最も近い第一金属バンプ３の中心と、を結ぶ直線（繋ぎ部１６６の幅方向中心線）Ｌ３は、帯状部１６２および帯状部１６３の幅方向中心線Ｌ１と平行である。
帯状部１６３と帯状部１６４とを結合する繋ぎ部１６７上に配置された繋ぎ部上接続体４１ｃの中心と、繋ぎ部上接続体４１ｃに最も近い第一金属バンプ３の中心と、を結ぶ直線（繋ぎ部１６７の幅方向中心線）Ｌ３は、帯状部１６３および帯状部１６４の幅方向中心線Ｌ１と平行である。
また、第一金属バンプ３および第二金属バンプ４は、それぞれ、平面視で、半導体チップ１の平面形状の中心Ｃ１を通る直線Ｌ１１とこの直線Ｌ１１に直交する直線Ｌ１２の両方に対して線対称に配置されている。
また、第一金属バンプ３および第二金属バンプ４は、それぞれ、平面視で、半導体チップ１の平面形状の中心Ｃ１を通る直線Ｌ１１とこの直線Ｌ１１に直交する直線Ｌ１２の両方に対して線対称に配置されている。
＜実施形態の作用、効果＞
この実施形態の半導体発光装置１０では、図７に示す配置の第一金属バンプ３および第二金属バンプ４で、半導体チップ１とパッケージ基板２とが接続されているため、電流および放熱が均一化される。これに伴い、この実施形態の半導体発光装置１０は、発光面における発光光量が均一化されることで発光効率が高くなり、放熱ムラが改善されることで寿命が長くなる。
この実施形態の半導体発光装置１０では、図７に示す配置の第一金属バンプ３および第二金属バンプ４で、半導体チップ１とパッケージ基板２とが接続されているため、電流および放熱が均一化される。これに伴い、この実施形態の半導体発光装置１０は、発光面における発光光量が均一化されることで発光効率が高くなり、放熱ムラが改善されることで寿命が長くなる。
なお、上述のように、半導体チップ１のｎ型電極１５とパッケージ基板２のｎ型電極２５との間隔が、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との間隔よりも大きいため、第一金属バンプ３および第二金属バンプ４の配置が不適切であると、半導体チップ１に外力が加わった時に回転力に対する耐衝撃性が不十分となる。これに対して、この実施形態の半導体発光装置１０では、第一金属バンプ３および第二金属バンプ４が図７に示すように配置されていることで、半導体チップ１に外力が加わった時の回転力に対する耐衝撃性に優れたものとなる。
上記実施形態では、第一電極をｎ型電極、第二電極をｐ型電極としているが、第一電極がｐ型電極、第二電極がｎ型電極であってもよく、その場合は、第一電極用接続体がｐ用接続体、第二電極用接続体がｎ用接続体となる。
上記実施形態では、第一電極をｎ型電極、第二電極をｐ型電極としているが、第一電極がｐ型電極、第二電極がｎ型電極であってもよく、その場合は、第一電極用接続体がｐ用接続体、第二電極用接続体がｎ用接続体となる。
＜紫外線発光素子の場合＞
一般的に、紫外線領域の光を発生する半導体発光素子では、材料として窒化物半導体を用いる。そして、発光波長が短いほど、Ａｌ組成が高いＡｌＧａＮやＡｌＮを用いる。これらの材料は、可視光発光材料であるＧａＮやＩｎＧａＮよりも、半導体発光素子とした場合の寄生抵抗が大きくなるため、本発明の第一態様および第二態様の半導体発光装置は、半導体発光素子が紫外線発光素子である場合に得られる効果が高い。
一般的に、紫外線領域の光を発生する半導体発光素子では、材料として窒化物半導体を用いる。そして、発光波長が短いほど、Ａｌ組成が高いＡｌＧａＮやＡｌＮを用いる。これらの材料は、可視光発光材料であるＧａＮやＩｎＧａＮよりも、半導体発光素子とした場合の寄生抵抗が大きくなるため、本発明の第一態様および第二態様の半導体発光装置は、半導体発光素子が紫外線発光素子である場合に得られる効果が高い。
また、紫外線発光素子は、寄生抵抗が高くかつ高電圧・大電流で駆動するために発熱量が多い。大電流を流すと電流密度が大きくなるため、半導体チップが露出する構造を用いた場合は回転衝撃を受けることも多く、特に発光波長が短いほどその傾向が強くなる。そのため、本発明の第一態様および第二態様の半導体発光装置は、半導体発光素子の発光波長が短いときほど特に効果が高い。
また、窒化アルミニウムを基板として用いると、転位密度の小さい薄膜成長が可能で、発光効率の高い半導体チップを実現できるため、基板が窒化アルミニウム基板である場合にも特に効果が高い。
また、窒化アルミニウムを基板として用いると、転位密度の小さい薄膜成長が可能で、発光効率の高い半導体チップを実現できるため、基板が窒化アルミニウム基板である場合にも特に効果が高い。
＜紫外線発光モジュール＞
本発明の一態様の半導体装置および紫外線発光モジュールは、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。
本発明の一態様の半導体装置および紫外線発光モジュールは、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 半導体発光装置
１ 半導体チップ（半導体発光素子）
１１ 基板
１１０ 基板の一面
１２ ｎ型窒化物半導体層
１３ 窒化物半導体活性層
１４ ｐ型窒化物半導体層
１５ 半導体チップのｎ型電極（第一電極）
１６ 半導体チップのｐ型電極（第二電極）
１６１，１６２，１６３，１６４ 帯状部（半導体発光素子の第二電極の帯状部）
１６５，１６６，１６７ 繋ぎ部
１６１ａ，１６２ａ，１６３ａ，１６４ａ 帯状部の長手方向中間部
１６１ｂ，１６２ｂ，１６３ｂ，１６４ｂ 帯状部の長手方向端部
２ パッケージ基板（基体）
２１１ 対向面（基板の一面と向かい合う面）
２５ パッケージ基板のｎ型電極（第一電極）
２５２ パッケージ基板のｎ型電極の接続部
２６ パッケージ基板のｐ型電極（第二電極）
２６２ パッケージ基板のｐ型電極の接続部
３ 第一金属バンプ（ｎ用接続体、第一電極用接続体）
４ 第二金属バンプ（ｐ用接続体、第二電極用接続体）
４１ａ〜４１ｃ 繋ぎ部上接続体
４２ 端部上接続体
４３ 中間部上接続体
１０１ 第二電極の帯状部
１０２ 第一電極用接続体
１０３ 第二電極の繋ぎ部
２０１ 繋ぎ部上接続体
２０２ 端部上接続体
Ｌ１ 帯状部の幅方向中心線
Ｌ２ 帯状部の幅方向中心線の延長線
Ｌ３ 繋ぎ部の幅方向中心線（繋ぎ部上接続体の中心と、繋ぎ部上接続体に最も近い第一電極用接続体の中心と、を結ぶ直線）
１ 半導体チップ（半導体発光素子）
１１ 基板
１１０ 基板の一面
１２ ｎ型窒化物半導体層
１３ 窒化物半導体活性層
１４ ｐ型窒化物半導体層
１５ 半導体チップのｎ型電極（第一電極）
１６ 半導体チップのｐ型電極（第二電極）
１６１，１６２，１６３，１６４ 帯状部（半導体発光素子の第二電極の帯状部）
１６５，１６６，１６７ 繋ぎ部
１６１ａ，１６２ａ，１６３ａ，１６４ａ 帯状部の長手方向中間部
１６１ｂ，１６２ｂ，１６３ｂ，１６４ｂ 帯状部の長手方向端部
２ パッケージ基板（基体）
２１１ 対向面（基板の一面と向かい合う面）
２５ パッケージ基板のｎ型電極（第一電極）
２５２ パッケージ基板のｎ型電極の接続部
２６ パッケージ基板のｐ型電極（第二電極）
２６２ パッケージ基板のｐ型電極の接続部
３ 第一金属バンプ（ｎ用接続体、第一電極用接続体）
４ 第二金属バンプ（ｐ用接続体、第二電極用接続体）
４１ａ〜４１ｃ 繋ぎ部上接続体
４２ 端部上接続体
４３ 中間部上接続体
１０１ 第二電極の帯状部
１０２ 第一電極用接続体
１０３ 第二電極の繋ぎ部
２０１ 繋ぎ部上接続体
２０２ 端部上接続体
Ｌ１ 帯状部の幅方向中心線
Ｌ２ 帯状部の幅方向中心線の延長線
Ｌ３ 繋ぎ部の幅方向中心線（繋ぎ部上接続体の中心と、繋ぎ部上接続体に最も近い第一電極用接続体の中心と、を結ぶ直線）
Claims (9)
- 基板の一面上に形成された半導体発光素子であって、平面視で隣接して形成された第一電極および第二電極を有する半導体発光素子と、
前記一面と向かい合う対向面を有する基体であって、前記対向面に、前記第一電極に対応する第三電極および前記第二電極に対応する第四電極が形成されている基体と、
前記第一電極と前記第三電極とを電気的に接続している第一電極用接続体と、
前記第二電極と前記第四電極とを電気的に接続している第二電極用接続体と、
を備え、
前記第二電極は、平面視で帯状部を複数有し、複数の前記帯状部の幅方向中心線が平行であり、
平面視で、偶数個の前記第一電極用接続体が、複数の前記帯状部のそれぞれにおいて、当該偶数個の前記第一電極用接続体のそれぞれの中心が前記幅方向中心線の延長線に対して線対称になるように配置されている半導体発光装置。 - 平面視における複数の前記帯状部の長手方向両端部で、
偶数個の前記第一電極用接続体が、複数の前記帯状部のそれぞれにおいて、当該偶数個の前記第一電極用接続体のそれぞれの中心が前記幅方向中心線の延長線に対して線対称になるように配置されている請求項１記載の半導体発光装置。 - 基板の一面上に形成された半導体発光素子であって、平面視で隣接して形成された第一電極および第二電極を有する半導体発光素子と、
前記一面と向かい合う対向面を有する基体であって、前記対向面に、前記第一電極に対応する第三電極および前記第二電極に対応する第四電極が形成されている基体と、
前記第一電極と前記第三電極とを電気的に接続している第一電極用接続体と、
前記第二電極と前記第四電極とを電気的に接続している第二電極用接続体と、
を備え、
前記第二電極は、平面視で二本以上の帯状部と、隣り合う前記帯状部の長手方向中間部同士を結合する繋ぎ部と、を有し、
平面視で隣り合う前記帯状部の幅方向中心線の延長線同士の間に配置された前記第一電極用接続体を有し、
前記第二電極用接続体として、前記繋ぎ部に配置された繋ぎ部上接続体と、前記繋ぎ部で結合された前記帯状部の長手方向端部に配置された端部上接続体と、を有し、
前記繋ぎ部上接続体は、平面視で隣り合う前記帯状部の幅方向中心線間の中心に配置されている半導体発光装置。 - 前記第二電極は、隣り合う前記帯状部の長手方向中間部同士を結合する繋ぎ部を有し、
前記第二電極用接続体として、前記繋ぎ部に配置された繋ぎ部上接続体と、前記繋ぎ部で結合された前記帯状部の長手方向端部に配置された端部上接続体と、を有する請求項１または２記載の半導体発光装置。 - 平面視で、前記繋ぎ部上接続体の中心と、前記繋ぎ部上接続体に最も近い前記第一電極用接続体の中心と、を結ぶ直線は、前記帯状部の幅方向中心線と平行である請求項３または４記載の半導体発光装置。
- 前記第二電極用接続体および前記第一電極用接続体は金属バンプである請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板が窒化アルミニウム基板である請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光素子は、発光波長が３６０ｎｍ以下の紫外線発光素子である請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 請求項８記載の半導体発光装置を備えた紫外線発光モジュール。
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