JPH09298313A - 半導体発光素子およびその製法 - Google Patents

半導体発光素子およびその製法

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JPH09298313A JP8109196A JP10919696A JPH09298313A JP H09298313 A JPH09298313 A JP H09298313A JP 8109196 A JP8109196 A JP 8109196A JP 10919696 A JP10919696 A JP 10919696A JP H09298313 A JPH09298313 A JP H09298313A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光層で発光し、基板側に進む光も効率良く
表面側に反射させて外部発光効率を向上させた高輝度の
半導体発光素子およびその製法を提供する。 【解決手段】 基板１１上に発光層１４を有し、該発光
層の前記基板と反対側に光を放射する半導体発光素子で
あって、前記基板が前記発光層で発光する光に対して透
明または半透明の材料からなり、該基板の前記発光層と
は反対側の面に光反射膜１７が設けられたチップがボン
ディングされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光層で発光し、基
板側に進んだ光を有効に反射させて外部発光効率を向上
させた半導体発光素子およびその製法に関する。さらに
詳しくは、サファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物
半導体からなる発光層がエピタキシャル成長される青色
発光素子のように、基板が発光層で発光する光に対して
透明または半透明な材料からなる場合に外部発光効率を
向上させる半導体発光素子およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば青色の発光ランプを形成する場
合、図３に主要部の側面図が示されるように、青色の発
光ダイオード（以下、ＬＥＤという）チップ１０を、た
とえばアルミニウムなどからなるリード２と一体に形成
されたダイパッド２ａ上にダイボンディングし、ＬＥＤ
チップ１０の一方の電極とリード２の先端のダイパッド
２ａおよび他方の電極と図示しない第２のリードとをそ
れぞれ金線４によりワイヤボンディングし、その周囲が
図示されない透明樹脂によりモールドされて製造され
る。なお、リード２や第２のリードの代わりに、銅フレ
ームなどからなるリードフレームが用いられる場合もあ
る。
【０００３】ＬＥＤチップ１０は図３に示されるよう
に、たとえばサファイア基板１１上にｎ型半導体層１２
とｐ型半導体層１３とがエピタキシャル成長されて形成
されている。このｎ型層１２とｐ型層１３とからなる発
光層１４により発光した光は、両層の接合部近傍の発光
部から四方に放射され基板１１側にも進む。基板１１は
前述のように、サファイアからなっており、発光層１４
で発光する青色などの波長の光に対して透明であり吸収
されないで進む。しかし、ＬＥＤチップ１０をダイボン
ディングする銀ペーストなどはその接着剤部分での吸収
が大きく、その反射率は低い。したがって、発光層１４
の表面側に進んで利用される光の割合は、発光層１４で
発光する光の一部となり、外部発光効率が低い。なお、
発光層１４はｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とでノン
ドープの活性層が挟持された構造のものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ＬＥＤチップがダイパッドに直接ダイボンディングされ
た発光素子は、たとえその基板がＬＥＤチップの発光層
で発光する光に対して透明または半透明の材料からなっ
ていても、接着剤などに吸収されて基板側に進む光を充
分に外部に取り出すことができず、外部発光効率を上昇
できないという問題がある。
【０００５】一方、基板側に進んだ光を効率良く外部に
取り出すため、ＬＥＤチップをダイボンディングする接
着剤の中に酸化アルミニウムや酸化チタンなどの白色フ
ィラーを混合して反射させる方法も採られているが、接
着剤自身で吸収する光のロスをなくすることはできず、
充分な発光効率の向上に至っていない。
【０００６】また、リードのダイパッドやリードフレー
ムのＬＥＤチップがダイボンディングされる場所に予め
光反射膜を設けておき、透明な接着剤によりその反射膜
の上にダイボンディングする方法も採られている。しか
し、接着剤による吸収は少なからず存在し、しかも設け
られた光反射膜の上に正確にＬＥＤチップをダイボンデ
ィングすることは難しく、組立工数を多く要すると共に
位置ずれによる発光効率の低下をなくすることができな
い。さらに、位置ずれなどに伴ない輝度特性などの品質
がばらついたり、部品の小形化の妨げとなっている。
【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、発光層で発光し、基板側に進む光も効
率良く表面側に反射させて外部発光効率を向上させた高
輝度の半導体発光素子およびその製法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子は、基板上に発光層を有し、該発光層の前記基板と
反対側から光を放射する半導体発光素子であって、前記
基板が前記発光層で発光する光に対して透明または半透
明の材料からなり、該基板の前記発光層とは反対側の面
に光反射膜が設けられたチップがボンディングされるこ
とにより形成されている。チップに予め光反射膜が設け
られていることにより、チップを単純にダイパッドにダ
イボンディングするだけで、基板側に向かった光でも基
板の裏面で直ちに反射され、ダイボンディングの接着剤
での光の吸収や、リードのダイパッドなどに予め光反射
膜を設けておく場合の位置ずれによるロスなどがなく、
基板側に発光した光も効率良く利用することができる。
【０００９】前記光反射膜としては、基板の裏面側に蒸
着されたアルミニウムや銀などの光反射率の高い金属
膜、基板にスパッタリングにより付着される酸化マグネ
シウム、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化アルミニウム
などの光反射率の高い金属酸化物またはセラミックス、
およびこれらの金属酸化物やセラミックスの粉末をペー
ストなどにより付着して乾燥された粉末の固着体などを
用いることができる。この金属酸化物やセラミックスは
白色のものがとくに反射率が高く好ましい。
【００１０】本発明の半導体発光素子の製法は、基板上
にｎ型層とｐ型層とを有し発光層を構成する半導体層を
エピタキシャル成長し、前記ｎ型層およびｐ型層にそれ
ぞれ電気的に接続される電極を形成し、前記基板の前記
半導体層が設けられた面と反対側の面に光反射膜を設
け、ついで各チップに切断分離してダイボンディングす
るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体発光素子およびその製法について説明をす
る。
【００１２】図１は本発明の半導体発光素子のＬＥＤチ
ップをリードとボンディングした状態の説明図である。
図１において、１はＬＥＤチップで、たとえばサファイ
ア（Ａｌ2 Ｏ3 の単結晶）などからなる基板１１にエピ
タキシャル成長された、たとえばＧａＮ系半導体（Ｇａ
およびＮを主体として他の元素が混晶した化合物半導体
をいう）によるｎ型半導体層１２およびｐ型半導体層１
３からなる発光層１４と、それぞれの半導体層に設けら
れた電極１５、１６と、基板１１の裏面すなわち発光層
１４が設けられた面と反対側の面に設けられた光反射膜
１７とからなっている。なお、発光層１４はｎ型半導体
層とｐ型半導体層とで活性層が挟持された構造にするこ
ともできる。
【００１３】本発明の半導体発光素子は、ＬＥＤチップ
１の裏面（基板１１の発光層１４が設けられる面と反対
側の面）に光反射膜１７が設けられていることに特徴が
ある。光反射膜１７は、たとえば酸化マグネシウム、酸
化チタン、硫酸バリウム、酸化アルミニウムなどの光反
射率の高い金属酸化物やセラミックスをスパッタリング
などの方法により付着させたり、アルミニウムや銀など
の反射率の高い金属を蒸着などにより付着させたり、前
述の金属酸化物やセラミックスの粉末をシリコーン樹脂
などによりペースト状にし、塗付して乾燥するすること
により固化した固着体にする方法などにより得られる膜
を使用することができる。
【００１４】金属酸化物は細かい粒子の付着となり、必
ずしも鏡面状態には付着されないが、白色で非常に反射
率が高いため、基板１１側に進んだ光を殆ど完全に表面
側に反射させることができる。このような金属酸化物や
セラミックスからなる光反射膜１７を設けるには、発光
層１４がエピタキシャル成長されたウェハまたは発光層
１４が形成される前の基板１１だけの状態で、基板の裏
面側が表になるようにスパッタ装置のスパッタ台の上に
載置し、これらの金属酸化物などをターゲットとしてス
パッタさせることにより付着される。なお、後で述べる
方法により光反射膜を付着する場合も含めて光反射膜を
付着する前に基板１１の裏面を研磨して鏡面に仕上げて
おくことが光反射膜の面も鏡面に近くなって光の高い反
射率が得られるため好ましい。すなわち、サファイア基
板などはエピタキシャル成長面と反対側の表面がザラザ
ラになり、スリガラスのようになっている場合、その面
に光反射膜１７を付着しても光の反射方向がマチマチに
なるが、鏡面にしておくことにより完全に表面側に反射
させることができる。しかも、サファイア基板などはウ
ェハからチップにダイシングする際に切断が困難である
が、基板を研磨して薄くしておくことにより、ダイシン
グがし易くなるため、その点からも好ましい。
【００１５】さらに前述の金属酸化物などを付着する他
の方法としては、前述の金属酸化物やセラミックスの微
粉末をシリコーン樹脂などによりペースト状にし、基板
１１の裏面に塗布して乾燥させ、固化することにより微
粉末の固着体が得られ、ＬＥＤチップ１のボンディング
の際にその周囲を基板にかかる程度まで接着剤５で接着
することにより、光反射膜が剥れたりすることがなく、
ＬＥＤチップ１の裏面に光反射膜１７を有する半導体発
光素子が得られる。
【００１６】また、基板１１の裏面にアルミニウムや銀
などの金属膜を付着する方法は、前述と同様に基板１１
の裏面を研磨して鏡面にし、その裏面を表にして蒸着装
置の蒸着台にウェハを載置し、真空状態で付着させる金
属を加熱蒸発させるなどの方法により基板の裏面に金属
の薄膜が堆積される。
【００１７】このようにして基板１１の表面側に発光層
１４となる半導体層が設けられ、基板１１の裏面側に光
反射膜１７がそれぞれ設けられたウェハをダイシングし
て製造されたＬＥＤチップ１をリード２のダイパッド２
ａ上に銀ペーストなどからなる接着剤５によりダイボン
ディングする。さらに、ｎ型層１２の電極１５とダイパ
ッド２ａとを、またｐ型層１３の電極１６と第２のリー
ド３の先端とをそれぞれ金線４によりワイヤボンディン
グする。その後ＬＥＤチップ１の周囲および第２のリー
ド３の先端部を、図示しない透明樹脂によりモールドす
ることにより、本発明の発光ランプ（半導体発光素子）
が製造される。
【００１８】本発明の半導体発光素子によれば、図２に
発光層１４で発光した光の進行方向が矢印で模式的に示
されているように、基板１１側に進んだ光も光反射膜１
７により反射されて表面側に進む。したがって発光素子
の正面側の輝度は大きくなり、外部発光効率が大幅に向
上した高輝度の半導体発光素子が得られる。
【００１９】前述の例では、サファイア基板上にＧａＮ
系半導体層がエピタキシャル成長された青色系の半導体
発光素子であったが、これらの材料に限定されるもので
はなく、発光層で発光する光に対して透明または半透明
の材料からなる基板上に発光層がエピタキシャル成長さ
れた各種の色の半導体発光素子に同様に本発明を適用す
ることができることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、ＬＥＤチップの裏面側
に光反射膜が設けられているため、発光層で発光して基
板側に進んだ光も正面側に反射して有効に利用される。
その結果、外部発光効率が向上し、高輝度の半導体発光
素子が得られ、青色のような高輝度が得られにくい発光
ランプでも、明るいランプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子のチップがボンディン
グされた状態の側面図である。
【図２】本発明の半導体発光素子のチップ内での光の進
行方向を示す図である。
【図３】従来のＬＥＤチップがボンディングされた状態
の主要部の側面図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤチップ １１ 基板 １２ ｎ型層 １３ ｐ型層 １４ 発光層 １７ 光反射膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に発光層を有し、該発光層の前記
    基板と反対側に光を放射する半導体発光素子であって、
    前記基板が前記発光層で発光する光に対して透明または
    半透明の材料からなり、該基板の前記発光層とは反対側
    の面に光反射膜が設けられたチップがボンディングされ
    てなる半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 前記光反射膜が前記基板に蒸着された金
    属膜である請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項３】 前記光反射膜が前記基板にスパッタリン
    グされた金属酸化物またはセラミックスである請求項１
    記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 前記光反射膜が前記基板に付着された金
    属酸化物またはセラミックスの粉末の固着体からなる請
    求項１記載の半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 基板上にｎ型層とｐ型層とを有し発光層
    を構成する半導体層をエピタキシャル成長し、前記ｎ型
    層およびｐ型層にそれぞれ電気的に接続される電極を形
    成し、前記基板の前記半導体層が設けられた面と反対側
    の面に光反射膜を設け、ついで各チップに切断分離して
    ダイボンディングする半導体発光素子の製法。
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