JPH0786640A - 発光デバイス - Google Patents

発光デバイス

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JPH0786640A
JPH0786640A JP26378393A JP26378393A JPH0786640A JP H0786640 A JPH0786640 A JP H0786640A JP 26378393 A JP26378393 A JP 26378393A JP 26378393 A JP26378393 A JP 26378393A JP H0786640 A JPH0786640 A JP H0786640A
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emitting device
adhesive
lead frame
sapphire substrate
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Kosuke Matoba
功祐 的場
Yoshiaki Tadatsu
芳明 多田津
Motokazu Yamada
元量 山田
Shuji Nakamura
修二 中村
Akito Kishi
明人 岸
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Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 p−n接合を有する窒化ガリウム系化合物半
導体層よりなる発光チップのその窒化物半導体層側を発
光観測面とする構造の発光デバイスにおいて、第一に電
極間ショートのない信頼性に優れた発光デバイスを実現
し、第二にその発光デバイスの外部量子効率を向上させ
る。 【構成】 サファイア基板1とリードフレーム3とが絶
縁性の接着剤4を介して接着されることにより、電極間
ショートをなくし、さらに接着剤4を透明とすることに
より、発光デバイスの外部量子効率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サファイア基板上にp
−n接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体を積層し
た発光チップが、リードフレームに載置されてなる発光
ダイオード、レーザーダイオード等の発光デバイスに関
する。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオード、レーザーダイオード等
の発光デバイスの材料として、GaN、GaAlN、I
nGaN、InAlGaN等の窒化ガリウム系化合物半
導体(以下、窒化物半導体という。)が知られている。
一般に、それら窒化物半導体は透光性、および絶縁性基
板であるサファイア基板の上に積層されて発光チップと
される。窒化物半導体はp型結晶が得られにくいため、
従来その半導体を用いた発光チップは絶縁層であるi層
を発光層とするいわゆるMIS構造であった。しかし、
最近窒化物半導体をp型とする技術が開発され、p−n
接合が実現できるようになってきた(例えば、特開平2
−257679号公報、特開平3−218325号公
報、特開平5−183189号公報等)。
【0003】前記のように窒化物半導体はサファイア基
板の上に積層され、基板側から電極を取り出すことがで
きないため、その発光チップに形成される正、負一対の
電極は同一面側(サファイア基板と対向する側)に形成
される。発光チップは、サファイア基板側を発光観測面
とする状態、または窒化物半導体層側を発光観測面とす
る状態でリードフレームに載置される。
【0004】サファイア基板側を発光観測面とする発光
デバイスでは、発光チップの窒化物半導体層側に設けら
れた正、負一対の電極は2つのリードフレーム上に跨る
ようにして載置され、リードフレームと電極とは銀ペー
スト等の導電性接着剤を介して電気的に接続されると共
に、発光チップがリードフレーム上に固定される。
【0005】一方、窒化物半導体側を発光観測面とする
発光デバイスでは、発光チップはサファイア基板側をリ
ードフレームと接着することにより一つのリードフレー
ム上に固定され、窒化ガリウム系化合物半導体層側の
正、負それぞれの電極はワイヤーボンディングによりそ
れぞれのリードフレームと電気的に接続される。
【0006】前者の発光デバイスは、窒化ガリウム系化
合物半導体の発光を有効に外部に取り出させるため、外
部量子効率が良いという利点がある反面、1チップを2
つのリードフレームに跨って載置しなければならないた
め、チップサイズが大きくなり、ウエハー1枚あたりに
とれるチップ数が少なくなるという欠点がある。
【0007】一方、後者の発光デバイスは、一つのリー
ドフレーム上に一つの発光チップが載置できるため、チ
ップサイズを小さくできるという利点がある反面、窒化
物半導体に形成された電極、ボンディング時にできるボ
ール等によって、発光の一部が反射あるいは吸収されて
阻害されるため、外部量子効率が悪いという欠点があ
る。さらに、基板とリードフレームとを、前者の発光デ
バイス、または他の窒化物半導体以外の半導体、例えば
GaAs、GaAlAs等の半導体材料を用いた発光デ
バイスにもされているように、発光チップを銀ペースト
等の不透光性の導電性材料でリードフレームに接着する
と、発光が銀ペーストに吸収されてしまい、外部量子効
率が低下する。さらに後者の発光デバイスにおいて、そ
の発光チップがp−n接合界面を有している場合、接着
剤の種類により、電極間、あるいはp−n接合間でショ
ートしやすいという問題がある。具体的には、チップを
固定する際に多用されている銀ペースト等の導電性材料
では、導電性材料がp−n接合界面にまで回り込み、電
極をショートさせてしまう恐れがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】特に、後者の構造の発
光デバイスは、前者の発光デバイスに比して発光チップ
全体をカップ形状の反射鏡の中に納めることが容易であ
り、生産性にも優れているため実用的である。さらに、
p−n接合を有する窒化物半導体よりなる発光チップ
は、MIS構造の発光チップよりも発光出力、発光効率
とも抜群に優れているため、現在、その発光チップを後
者の構造として実用化することが最も求められている。
【0009】従って、本発明はこのような事情を鑑み成
されたもので、その目的とするところは、p−n接合を
有する窒化物半導体よりなる発光チップの窒化物半導体
層側を発光観測面とする構造の発光デバイスにおいて、
まず第一に電極間、あるいはp−n接合間ショートのな
い信頼性に優れた発光デバイスを実現することにあり、
第二にその発光デバイスの外部量子効率を向上させるこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の発光デバイス
は、サファイア基板上に、p−n接合を有する窒化ガリ
ウム系化合物半導体を積層した発光チップが、リードフ
レームに載置されてなる発光デバイスにおいて、前記サ
ファイア基板と前記リードフレームとが絶縁性の接着剤
を介して接着されていることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の発光デバイスにおいて、発光チップの
サファイア基板とリードフレームとを絶縁性の接着剤で
接着することにより、接着剤がp−n接合界面にまで回
り込んでも、電極間、あるいはp−n接合間をショート
させることがない。さらにその接着剤が透明である場合
には、発光チップから発する光を透過できるので外部量
子効率が向上する。さらにまた、接着剤にその接着剤の
材料よりも熱伝導率の良い絶縁性のフィラー(充填剤)
を混入させることにより、接着剤の絶縁性を保持すると
共に、熱伝導率がよくなり、発光チップの発熱をリード
フレームに伝えることができる。
【0012】
【実施例】図1に本発明の発光デバイスの一構造を表す
断面図を示す。この図は窒化物半導体発光チップよりな
るLEDの構造を示す図であり、サファイア基板1の上
に、n型窒化物半導体層2aと、p型窒化物半導体層2
bとを積層した発光チップを、カップ形状のリードフレ
ーム3のカップの底に載置し、サファイア基板1とリー
ドフレーム3とを接着剤4で接着した構造としている。
なお10は、それぞれn型層2aとp型層2bに形成さ
れたオーミック電極である。また、チップ全体は樹脂に
よりレンズ状にモールドされているが、樹脂は図示しな
い。
【0013】発光チップは、例えばダイボンダー等の自
動機器を用いてリードフレーム3上に載置、接着され
る。この際、図1に示すように、接着剤4が発光チップ
のサファイア基板1とリードフレーム3との間からはみ
出し、発光チップの側面にまで回り込んで、p−n接合
界面にまで達しても、接着剤4が絶縁性であるため、電
極間、あるいはp−n接合間のショートが発生せず、L
EDの信頼性が向上する。特に、チップ厚さが200μ
m以下、さらに好ましくは150μmである場合、絶縁
性の接着剤で接着すると非常に好ましい。なぜなら、発
光チップは、p−n接合を有する窒化物半導体の厚さが
せいぜい数μm〜十数μm、サファイア基板の厚さが8
0μm以上〜数百μmで、ほとんどがサファイア基板の
厚さで占められている。従って、チップ厚さが200μ
mよりも厚いと、接着剤が回り込んでもp−n接合界面
にまで達しにくくなり、特に接着剤が絶縁性である必要
がなくなってしまうからである。
【0014】次に、接着剤4が透明であればさらに好ま
しい。絶縁性かつ透明の接着剤を使用することにより、
窒化物半導体(2a、2b)のリードフレーム側への発
光はサファイア基板1、接着剤4を透過して、さらにリ
ードフレーム3の表面A(この図の場合はカップの底
面)、カップの側面に到達して発光観測面側に反射され
る。さらに接着剤4が絶縁性、かつ透明であれば、発光
チップの発光を損失させることがなく、またp層とn層
とをショートさせる心配もないので、接着剤4を多く使
用できることにより、発光チップの接着力も強化でき、
発光デバイスの信頼性が格段に向上する。なお本発明に
おいて、透明とは必ずしも無色透明を意味するものでは
なく、窒化物半導体の発光を透過すれば、最初から着色
されて透光性とされているもの、後に述べるフィラーに
よって着色されて透光性とされているものも包含する。
【0015】また、前記接着剤4が透明かつ絶縁性であ
る場合、サファイア基板と対向するリードフレーム表面
Aを鏡面状とすることにより、発光を減衰させずに効率
的に反射させることができる。図1では内部が鏡面状の
カップを設け、そのカップの底部に発光チップを載置し
て、カップの側面、底面で発光を観測面側に反射させて
いるが、例えば平面ディスプレイのように、特別なカッ
プを設けていない発光デバイスにおいては、例えば金、
銀等の腐食されにくい金属を、発光チップを接着するリ
ードフレーム表面にメッキすることにより鏡面状とでき
る。またこれとは別に、カップの側面または底面、カッ
プを設けていない場合にはリードフレームの接着面を白
色にしても、発光を反射させることができる。白色にす
るには例えばアルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウ
ム、硫酸バリウム等、可視光の反射率が高い白色粉末を
塗布することにより実現できる。
【0016】以上のような効果が得られる接着剤4の材
料として、最も好ましくは、例えばエポキシ樹脂系、ユ
リア樹脂系、アクリル樹脂系、シリコン樹脂系の接着
剤、低融点ガラス等を使用することができ、これらの材
料は絶縁性であり、さらに透明でもあり、LEDにおい
ては、発光チップを封止する樹脂モールドの溶融温度
(数十〜百数十度以下)にも耐える。これらの材料の他
にまた、絶縁性の接着剤であれば、不透明な材料を使用
しても、電極間、あるいはp−n接合間ショートの問題
は解決できる。
【0017】図2は、本発明の他の実施例にかかる発光
デバイスの発光チップのみの構造を示す断面図であり、
同一符号は図1と同一部材を示す。この図では、接着剤
4の中に接着剤の材料よりも熱伝導率の高い絶縁性のフ
ィラー(充填材)6が混入されていることを示してい
る。このフィラー6が混入されていることにより、接着
剤4単独で発光チップを接着するよりも接着剤4の熱伝
導率が向上し、発光チップの発熱を有効に外部に逃がす
ことができる。通常、窒化物半導体よりなるチップは発
熱すると、発光効率が低下する傾向にあるので、フィラ
ー6を混入させると、チップの発熱がフィラー6、リー
ドフレーム3を通じて外部へ放熱され、チップの温度上
昇が緩和され、発光効率の低下を防ぐことができる。こ
のフィラーを混入させる場合、接着剤4が絶縁性であれ
ば、透明であっても不透明であっても上記効果を得るこ
とができる。フィラー6の材料は使用する接着剤4の材
質によって適宜選択することができるが、例えばアルミ
ナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン等の粉末材
料を好ましく使用することができる。
【0018】また、図3も同じく本発明の他の実施例に
係る発光デバイスの発光チップの構造を示す断面図であ
るが、この図では、リードフレーム3と対向するサファ
イア基板1表面に、金属薄膜5を形成して、サファイア
基板1と接合した金属薄膜5面を鏡面状としている。こ
のようにして鏡面を形成すると、金属薄膜とサファイア
基板との界面(即ち、金属薄膜5の表面)で、窒化物半
導体の発光を反射させることができる。金属薄膜5を形
成するには、例えば蒸着、スパッタ等の方法を用い、A
l、Au、Ag等の材料を好ましく用いることができ
る。これらの材料よりなる薄膜を研磨、ポリッシングし
たサファイア基板1表面のほぼ全面に形成することによ
り、金属薄膜のサファイア基板界面、つまり発光観測面
側のサファイア基板を鏡面状とすることができ、有効に
発光を反射させることができる。さらに、接着剤4が透
明であれば、金属薄膜5で発光チップの側面に反射され
る光を透過させることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明の発光デバイスは、その発光チッ
プのサファイア基板と、リードフレームとを絶縁性の接
着剤で接着固定しているため、ダイボンドの際、接着剤
が発光チップの側面を回り込んでp−n接合界面にまで
達しても、電極間、あるいはp−n接合間がショートす
ることがないので高い信頼性を得ることができる。
【0020】さらに、前記接着剤が透明であれば、窒化
物半導体のサファイア基板側を透過する光は、減衰する
ことが少なくリードフレーム面に到達する。発光を観測
面側に反射させるカップの底に発光チップが載置されて
いれば、発光はチップの側面に回り込んだ接着剤をも透
過して、そのカップで反射される。従って、発光デバイ
スの外部量子効率が向上する。
【0021】また、接着剤に接着剤の材料よりも熱伝導
率のよい絶縁性のフィラーを混入すれば、発光チップの
放熱がよくなり、発光効率の低下を防ぐことができる。
【0022】さらに接着剤が透明である場合には、リー
ドフレーム面を鏡面とすることにより、透過光を発光観
測面側に反射させて、発光デバイスの外部量子効率を向
上させることができる。好ましくは発光チップが載置さ
れるリードフレームにカップを設けると、リードフレー
ムとサファイア基板との接着面で散乱した光、透明な接
着剤を透過してカップ底部に到達する光等を集光して、
効率よく発光を外部に取り出すことができる。また、リ
ードフレームと接着するサファイア基板面に金属薄膜を
形成して、その金属薄膜を反射鏡としても、サファイア
基板の側面を包囲している接着剤は透明であるため、発
光チップ側面から出る光を妨げることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る発光デバイスの構造
を示す模式断面図。
【図2】 本発明の他の実施例に係る発光デバイスの発
光チップのみの構造を示す模式断面図。
【図3】 本発明の他の実施例に係る発光デバイスの発
光チップのみの構造を示す模式断面図。
【符号の説明】
1・・・・サファイア基板 2a・・・n型窒化ガリウム系化合物半導体層 2b・・・p型窒化ガリウム系化合物半導体層 3・・・・リードフレーム 4・・・・接着剤 5・・・・金属薄膜 6・・・・フィラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 修二 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内 (72)発明者 岸 明人 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サファイア基板上にp−n接合を有する
    窒化ガリウム系化合物半導体を積層した発光チップが、
    リードフレームに載置されてなる発光デバイスにおい
    て、 前記サファイア基板と前記リードフレームとが絶縁性の
    接着剤を介して接着されていることを特徴とする発光デ
    バイス。
  2. 【請求項2】 前記接着剤は透明であることを特徴とす
    る請求項1に記載の発光デバイス。
  3. 【請求項3】 前記接着剤には、その接着剤の材料より
    も熱伝導率が大きい絶縁性のフィラーが混入されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光
    デバイス。
  4. 【請求項4】 前記リードフレームには発光チップの光
    を発光観測面側に反射させるカップが設けられており、
    そのカップの底部に前記発光チップが載置されているこ
    とを特徴とする請求項2または請求項3に記載の発光デ
    バイス。
  5. 【請求項5】 前記サファイア基板と接着されるリード
    フレーム表面が鏡面状、または白色とされていることを
    特徴とする請求項2または請求項3に記載の発光デバイ
    ス。
  6. 【請求項6】 前記リードフレームに接着されるサファ
    イア基板表面のほぼ全面に金属薄膜が形成されており、
    前記サファイア基板と接合した金属薄膜表面が鏡面状と
    されていることを特徴とする請求項2または請求項3に
    記載の発光デバイス。
  7. 【請求項7】 前記発光チップの厚さが200μm以下
    であることを特徴とする請求項1に記載の発光デバイ
    ス。
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