JPH10173225A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH10173225A
JPH10173225A JP32632896A JP32632896A JPH10173225A JP H10173225 A JPH10173225 A JP H10173225A JP 32632896 A JP32632896 A JP 32632896A JP 32632896 A JP32632896 A JP 32632896A JP H10173225 A JPH10173225 A JP H10173225A
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light emitting
light
side electrode
chips
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Yukio Shakuda
幸男 尺田
Shunji Nakada
俊次 中田
Masayuki Sonobe
雅之 園部
Takeshi Tsutsui
毅 筒井
Norikazu Ito
範和 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンディングに伴う問題を生じさせる
ことなく、広い範囲に亘って連続的に発光し、しかも信
頼性の高い半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 基板の表面側に半導体層が積層されると
共にp側電極8およびn側電極9が設けられる第1の発
光素子チップ11と、発光波長の光に対して実質的に透
明な基板の表面側に半導体層が積層されると共にn側電
極およびp側電極が設けられ、該電極が設けられた側を
前記第1の発光素子チップと逆向きにして配設される第
2の発光素子チップ12とからなり、前記第1および第
2の発光素子チップのn側電極もしくはp側電極の異な
る側の電極同士が直接導電性材料により接着されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は線状に発光する半導
体発光素子に関する。さらに詳しくは、発光素子チップ
を直列に接続することにより均一な線状発光をする発光
素子に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体発光素子である発光ダイオード
(以下、LEDという)は、半導体のpn接合に順方向
の電流を流すことにより、電気エネルギーを直接光に変
換するもので、動作電流が小さく(通常は10mA程
度)、小形で高輝度が得られるため、種々の表示ランプ
などに用いられている。しかし、チップ面積が大きくな
ると、電流分布が不均一となり、均一な発光をせず素子
の劣化が早くなること、特別なチップ形状のものを作製
することはプロセス管理上困難であること、などのた
め、発光面の大型化は困難であり、通常は数百μm角か
ら1mm角程度の大きさで作られる。
【0003】そのため、たとえば線状や面状のような広
い面積に亘って発光する光源とするためには、図4に示
されるように、LEDチップ21を導電性の基板24上
に複数個横に並べ、各LEDチップ21の一方の電極2
1aを金線23などのワイヤにより連結して並列に接続
し、各LEDチップ21の発光の集合により線状光源の
ように発光させている。この例では、LEDチップ21
の表面側にn側もしくはp側の一方の電極21aが設け
られ、裏面側に他方の電極21bが設けられており、他
方の電極21bが基板24を介して共通に接続され、一
方の電極21aが金線23などにより接続されて、複数
個のLEDチップが並列接続されているが、直列接続に
することもできる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、複数個
のLEDチップが並列接続されると、LEDチップの中
で抵抗の小さいところがあると電流が集中し、均一な発
光が得られなかったり、部分的にLEDチップの劣化を
早めるという問題がある。さらに、金線などのワイヤで
接続すると、ワイヤボンディングの工数を多く要すると
共に、金線などが垂れてショートするという問題があ
る。このワイヤに伴う問題は、LEDチップを直列接続
しても同様であり、とくに直列接続の場合は金線による
タッチを防止する点からもチップ間に間隙を設けざるを
得ず、直線状の発光部の途中に途切れができて連続的な
発光をさせることができないという問題がある。
【0005】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、ワイヤボンディングに伴う問題を生じ
させることなく、広い範囲に亘って連続的に発光し、し
かも信頼性の高い半導体発光素子を提供することにあ
る。
【0006】
【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、基板の表面側に半導体層が積層されると共にn
側電極およびp側電極が設けられる第1の発光素子チッ
プと、発光波長の光に対して実質的に透明な基板の表面
側に半導体層が積層されると共にn側電極およびp側電
極が設けられ、該電極が設けられた側を前記第1の発光
素子チップと逆向きにして配設される第2の発光素子チ
ップとからなり、前記第1および第2の発光素子チップ
のn側電極もしくはp側電極の異なる側の電極同士が直
接導電性材料により接着されている。ここに発光波長の
光に対して実質的に透明とは、発光層で発光した光を殆
ど減衰させることなく透過させ得ることをいう。
【0007】この構成にすることにより、発光素子チッ
プの電極部を重ねて接続するため、隙間なく並べること
ができ、連続的に広い範囲に亘って発光させることがで
きる。しかも、直列接続になっているため、電流はどこ
でも同じで均一な発光をする。なお、通常の発光素子と
同様に、チップが載置される基板に反射機能を有するも
のが用いられることにより、表面側への発光効率を向上
させることができる。
【0008】前記第1および第2の発光素子チップが3
個以上交互に直線状に並んで、直列に接続されることに
より、長い線状の発光素子となる。この直線状に接続さ
れたLEDチップ群をさらに横に並べて直列または並列
に接続することにより、面状に発光する発光素子とする
こともできる。
【0009】前記第1および第2の発光素子チップが、
サファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体が積
層された発光素子チップであれば、基板が発光波長に対
して透明であり、裏向けても基板側から発光され、しか
も基板から電極を取り出しにくい構造で、基板の表面側
にn側およびp側の電極が設けられるため、交互に逆向
きにして重ね合せて直接接続するのに都合がよい。
【0010】ここにチッ化ガリウム系化合物半導体と
は、III 族元素のGaとV族元素のNとの化合物または
III 族元素のGaの一部がAl、Inなどの他のIII 族
元素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部
がP、Asなどの他のV族元素と置換した化合物からな
る半導体をいう。
【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について説明をする。
【0012】本発明の半導体発光素子は、図1にその一
実施形態の概略平面図が示されるように、第1および第
2のLEDチップ11、12がそれぞれ表裏交互に並べ
られて、それぞれのp側電極8とn側電極9とが導電性
材料により直接接着され、両端のLEDチップ11の相
互に接続されていないp側電極8およびn側電極9から
ワイヤ13により電極端子が導出されることにより構成
されている。この第1および第2のLEDチップ11、
12は、p側電極8およびn側電極9の両方が積層され
た半導体層の表面側に設けられるように形成されている
ため、交互に表裏逆向きにすることにより、それぞれの
p側電極8とn側電極9とを対向させて重ねることがで
きる。第1および第2のLEDチップ11、12は共に
同じLEDチップでも、異なるチップでもよいが、少な
くとも第2のLEDチップ12は、その基板がLEDチ
ップ12により発光する光を透過する材料により形成さ
れている。
【0013】LEDチップ11、12は、たとえば図2
にその一例の平面図およびそのB-B線断面図が示され
るような構造になっている。この例は、青色系の発光に
好適なチッ化ガリウム系化合物半導体がサファイア基板
1上に積層されて形成されたものである。すなわち、サ
ファイアからなる基板1上にGaNからなる低温バッフ
ァ層2、GaNからなるn形層3、InGaN系(In
とGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同
じ)化合物半導体からなる活性層4、p形AlGaN系
(AlとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、
以下同じ)化合物半導体層5aおよびGaN層5bから
なるp形層5が順次積層されて発光層部を形成し、その
表面に拡散メタル層7を介してp側電極8が設けられて
いる。そして、積層された半導体層の一部がエッチング
除去されて露出したn形層3にn側電極9が設けられる
ことにより形成されている。なお、図示されていないが
電極の周囲の露出面はパッシベーション膜が形成され
る。
【0014】本発明の半導体発光素子に用いられるLE
Dチップ11、12の少なくとも第2のLEDチップ1
2は、その基板1がそのLEDチップ12により発光す
る光を透過する材料により形成されている。すなわち、
図2に示される青色系のLEDチップ11、12は、チ
ッ化ガリウム系化合物半導体層と格子定数が整合し得る
基板材料としてサファイア(Al2 3 単結晶)が使用
されている。そのため、積層された半導体層の発光部で
発光した光を透過させ、図1に示される第2のLEDチ
ップ12のように裏向きにして使用されても、基板1を
通して表面側に光を放射する。
【0015】また、LEDチップ11、12のn側(下
部)電極9は、積層された半導体層の一部をエッチング
により除去して露出したn形層3に設けられている。そ
のため、p側電極8およびn側電極9が両方共基板1の
表面側になり、図1に示されるように、第1のLEDチ
ップ11を表向きにして並べ、第2のLEDチップ12
を裏向きにしてその間に並べて重ねることにより、第1
のLEDチップ11のn側電極9と第2のLEDチップ
12のp側電極8とを、また第1のLEDチップ11の
p側電極8と第2のLEDチップ12のn側電極9とを
それぞれ対向させて導電性材料により直接接着すること
ができる。その結果、第1および第2のLEDチップ1
1、12が直列接続された半導体発光素子が得られる。
【0016】本発明の半導体発光素子によれば、LED
チップの電極同士が直接導電性材料により接着されて接
続されているため、金線などのワイヤによりボンディン
グをする必要がなく、ワイヤの垂れなどによりタッチ不
良が生じることがない。さらに、LEDチップが重なっ
て並ぶため、その間に隙間がなく連続して発光する。ま
た、p側電極とn側電極とを接続して直列接続にしてい
るため、LEDチップに抵抗の小さいチップがあっても
電流が集中することがなく、均一な発光をすると共に、
部分的に劣化して不良品になることがない。そのため、
高品質で、信頼性が向上する。
【0017】このLEDチップ11、12が直列接続さ
れた半導体発光素子を製造するには、まず前述のLED
チップを形成する前のウェハの状態で、たとえば蒸着お
よびパターニングによりp側電極8およびn側電極9の
表面にそれぞれAu-Sn-Inの合金層を形成してお
く。そして、第1のLEDチップ11を発光素子用基板
上に位置決めして並べて接着固定する。その後、第2の
LEDチップ12を第1のLEDチップ11の間に位置
すると共に、それぞれのp側電極8とn側電極9とが対
向して接触するように重ね合せ、固定して加熱炉内に入
れ、200〜300℃程度に加熱する。その結果、Au
-Sn-Inの合金が溶融してLEDチップ11、12の
電極同士が接着し、LEDチップ11、12の連結され
たLEDチップ群が得られる。このLEDチップ群の両
端のチップの電極を図示しないリードとワイヤボンディ
ングをして、その表面側を透明樹脂によりモールドする
ことにより、線状の半導体発光素子が得られる。
【0018】このLEDチップ群を作製する際に、発光
素子用基板上にボンディングしないで、ジグ上に第1の
LEDチップ11を位置決めして並べ、第2のLEDチ
ップ12を前述と同様に重ねて接着することにより、発
光素子用基板に接着されないLEDチップ群が形成され
る。このLEDチップ群を組立基板上にボンディングし
て両端の電極をワイヤで接続したり、他の組立てに直接
使用することができる。なお、前述の電極同士の接着
は、前述の合金を用いなくても、Agペーストなどの導
電性接着剤を使用することもできる。
【0019】なお、前述のLEDチップ11、12にお
いて、n側電極9の形成のために行われるエッチング
が、図2に示されるように、四角形のチップの一隅部分
である場合は、p側電極8およびn側電極9は、図2
(a)に示されるように、LEDチップ11、12の対
角線上に沿って設けられることが、図1に示されるよう
に、複数個直列に接続したときに一直線に並ぶため好ま
しい。また、図3(a)に示されるようにチップの対向
する両辺B、Cに亘ってエッチングされる場合には、図
3(b)〜(c)に平面図が示されるように、一辺Aに
平行または一辺BおよびCからそれぞれ等距離Eのとこ
ろに設けられることが一直線に並べる点から好ましい。
【0020】前述の例は、青色系のLEDであったが、
青色系に限らず基板を発光波長に対して実質的に透明に
できるLEDであれば本発明を適用できる。なお、異な
る色のLEDチップを直列接続して混色の半導体発光素
子とすることもできる。この場合、基板が透明である必
要があるのは、裏向きにして使用する第2のLEDチッ
プで、第1のLEDチップの基板は発光色に対して不透
明基板で構わない。また、前述の線状の発光素子をさら
に平行に並べてそれぞれを直列または並列にワイヤなど
により接続すれば面状の半導体発光素子が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、特別のチップ形状のも
のを作製しなくても、汎用のLEDチップを用いるだけ
で、任意の線状もしくは面状の広い面積で発光する半導
体発光素子が得られる。
【0022】また、チップ間の隙間がないため、同じチ
ップの数を接続した同じ光量の発光素子に対して、約1
/2に小形化することができる。さらに、途切れがなく
連続的に発光する線状光源が得られるため、ラインセン
サの光源などに便利に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の一実施形態の説明図
である。
【図2】図1のLEDチップの一例の説明図である。
【図3】図1のLEDチップの他の例の電極構造の変形
例を示す図である。
【図4】従来のLEDチップを複数個接続して発光素子
とする例の説明図である。
【符号の説明】
1 基板 8 p側電極 9 n側電極 11 第1のLEDチップ 12 第2のLEDチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 毅 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の表面側に半導体層が積層されると
    共にn側電極およびp側電極が設けられる第1の発光素
    子チップと、発光波長の光に対して実質的に透明な基板
    の表面側に半導体層が積層されると共にn側電極および
    p側電極が設けられ、該電極が設けられた側を前記第1
    の発光素子チップと逆向きにして配設される第2の発光
    素子チップとからなり、前記第1および第2の発光素子
    チップのn側電極もしくはp側電極の異なる側の電極同
    士が直接導電性材料により接着されてなる半導体発光素
    子。
  2. 【請求項2】 前記第1および第2の発光素子チップが
    3個以上交互に直線状に並んで、直列に接続されてなる
    請求項1記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2の発光素子チップが
    サファイア基板上にチッ化ガリウム系化合物半導体が積
    層された発光素子チップである請求項1または2記載の
    半導体発光素子。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115928A (ja) * 2005-10-20 2007-05-10 Citizen Electronics Co Ltd 半導体発光装置
JP2007299879A (ja) * 2006-04-28 2007-11-15 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光装置
JP2009094294A (ja) * 2007-10-09 2009-04-30 Alps Electric Co Ltd 半導体発光装置
JP2010153593A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Kyocera Corp 発光素子およびそれを具備する発光素子アレイ
US9559083B2 (en) 2013-10-01 2017-01-31 Citizen Electronics Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device
JP2020053568A (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法

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