JPH10321917A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光層を形成すべく半導体層が積層される基
板が絶縁性基板で、ｐ側およびｎ側の両電極が基板の表
面に積層された半導体層側に設けられる場合であって
も、電極による光の遮断により外部への光の取出し効率
の低下を防止すると共に、組立て作業を容易にすること
ができる半導体半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 （ａ）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に
発光層を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体層が
積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面側に
設けられる第１の電極および第２の電極とからなる発光
素子チップ１、および（ｂ）同一面を形成するように並
置される２つの導電性部材（第１および第２のリード
２、３）からなり、２つの導電性部材が形成する面と同
一または平行な面上に、前記半導体積層部が前記同一ま
たは平行な面に対して直角方向になるように前記発光素
子チップがダイ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】本発明はサファイア基板など
の絶縁性基板上に発光層を形成すべく半導体層が積層さ
れる半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、絶縁性
基板上に積層される半導体層の表面側に２つの電極が設
けられる半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば青色系の光を発光する発光素子
チップ（以下、ＬＥＤチップという）２０を用いた発光
ランプは、図５に断面図が示されるような構造になって
いる。この青色系のＬＥＤチップ２０は、絶縁性のサフ
ァイア基板２１上にチッ化ガリウム（ＧａＮ）系化合物
半導体を積層して形成される。そのため、基板２１の裏
面から一方の電極を取り出すことができず、第１のリー
ド１１の先端部の湾曲部内にダイボンディングされたＬ
ＥＤチップ２０のｐ側電極２８およびｎ側電極２９は、
第１のリード１１の先端部の突出部１１ａおよび第２の
リード１２の先端部とそれぞれ金線１３によりワイヤボ
ンディングされている。そして、その周囲が発光層で発
光する光を透過させる樹脂で被覆されて樹脂パッケージ
１４が形成されることにより、発光ランプとして形成さ
れる。

【０００３】すなわち、ＬＥＤチップ２０の基板が絶縁
性基板であるため、基板の裏面側に電極を設けることが
困難で、リードの先端にダイボンディングをしただけで
は一方の電極の電気的接続を得ることができない。その
ためｐ側電極２８およびｎ側電極２９の両方を金線など
のワイヤにより電気的に接続しなければならない。

【０００４】一方、このような青色系のＬＥＤチップ２
０は、その基板２１がサファイア基板からなり透明であ
るため、図６に示されるように、相互に平行に延びる２
つのリード１１、１２のそれぞれの先端部にＬＥＤチッ
プ２０の両電極２８、２９が直接導電性接着剤１５（ｐ
側電極２８側は図示せず）により接続される構造とし、
基板２１の裏面側から放射される光を利用するものも考
えられている。

【０００５】これらのいずれの構造においても、２つの
電極が同一面側に設けられているため、半導体層が積層
される基板面を上向きか下向きにしてダイボンディング
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のリードの先端に
ＬＥＤチップをダイボンディングする構造では、リード
フレームを立てた状態で組立て作業をしなければならな
いため、ダイボンディングをするために特殊な装置が必
要になると共に、２本のワイヤボンディングをするか、
２本のリードの先端部に２つの電極をそれぞれ合せてダ
イボンディングをしなければならず、組立て作業が難し
いと共にコストアップの原因になっている。

【０００７】また、光の取出し面側に両方の電極が設け
られる構造では、電極により光が遮断されて光のロスが
多くなるという問題がある。

【０００８】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、発光層を形成すべく半導体層が積層さ
れる基板が絶縁性基板で、ｐ側およびｎ側の両電極が基
板の表面に積層された半導体層側に設けられる場合であ
っても、電極による光の遮断により外部への光の取出し
効率の低下を防止すると共に、組立て作業を容易にする
ことができる半導体発光素子を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【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、（ａ）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に発光層
を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体層が積層さ
れる半導体積層部と、該半導体積層部の表面側の第１導
電形の半導体層に電気的に接続して設けられる第１の電
極と、前記半導体積層部の一部がエッチングにより除去
されて露出する第２導電形の半導体層に電気的に接続し
て設けられる第２の電極とからなる発光素子チップ、お
よび（ｂ）同一面を形成するように並置される２つの導
電性部材からなり、該２つの導電性部材が形成する面と
同一または平行な面上に、前記半導体積層部の積層され
た半導体層が前記同一または平行な面に対して直角方向
になるように前記発光素子チップがダイボンディングさ
れると共に、前記第１および第２の電極がそれぞれ前記
２つの導電性部材のいずれかと電気的に接続されてい
る。この構成にすることにより、電極による光の遮断の
影響を少なくすることができると共に、リードの先端部
に発光素子チップをダイボンディングしなくてもよいた
め、組立て作業が非常に容易となる。

【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】前記２つの導電性部材がリードフレームか
ら形成される第１および第２のリードからなり、前記発
光素子チップが電気的絶縁性部材を介して前記第１およ
び／または第２のリード上にダイボンディングされ、前
記発光素子チップの第１および第２の電極が該第１およ
び第２のリードとそれぞれ電気的に接続されることによ
り、リードフレームを使用して通常のＩＣの組立て工程
と同様に製造することができる。

【００１２】前記発光素子チップの絶縁性基板が該発光
素子チップで発光する光を透過させる透明体からなり、
前記発光素子チップの該絶縁性基板側または積層された
半導体層の表面側に光反射板が設けられ、該光反射板が
設けられる側と反対側が発光面とされていることによ
り、通常の半導体発光素子と同様に積層された半導体層
と垂直方向に光を取り出しながら裏面側に向かう光も有
効に利用することができるため、電極による遮断があっ
ても外部への光の取出し効率が向上する。

【００１３】前記光反射板が、該光反射板により反射し
ないで放射される光の方向と異なる方向に反射するよう
に傾けて設けられることにより、メインの発光によるビ
ームとは別にたとえば少し下側に補助のビームを出すこ
とができるため、ディスプレーの各画素に発光素子を使
用する場合などに下方向の視野角を飛躍的に向上させる
ことができる。

【００１４】前記２つの導電性部材が絶縁性の基板の両
端部にそれぞれ設けられる電極膜からなり、前記発光素
子チップが前記基板上に該発光素子チップの第１導電形
層と第２導電形層とが電気的に短絡しないようにダイボ
ンディングされ、該発光素子チップの第１および第２の
電極が前記２つの電極膜とそれぞれ電気的に接続される
ことにより、発光素子チップを横向きにダイボンディン
グしてチップの端面から発光させるチップ型の半導体発
光素子が得られる。

【００１５】

【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。

【００１６】本発明の半導体発光素子に用いられるＬＥ
Ｄチップ１は、図３にその一例の断面説明図が示される
ように、サファイアなどからなる絶縁性基板２１と、絶
縁性基板２１上に発光層を形成すべく積層される半導体
積層部２６と、半導体積層部の表面側のｐ形層２５（第
１導電形の半導体層）に電気的に接続して設けられるｐ
側電極２８（第１の電極）と、半導体積層部２６の一部
がエッチングにより除去されて露出するｎ形層２３（第
２導電形の半導体層）に電気的に接続して設けられるｎ
側電極２９（第２の電極）とからなっている。そして、
図１に本発明の半導体発光素子の一実施形態の斜視説明
図が示されるように、たとえばリードフレームからな
り、同一面を形成するように並置される第１および第２
のリード２、３（２つの導電性部材）上に跨ってＬＥＤ
チップ１が横向き（リード面に対して、前述の半導体積
層部２６の積層された各半導体層が直角方向）になるよ
うに前記ＬＥＤチップ１がリードの表面に設けられた絶
縁性部材４を介して図示しない接着剤によりダイボンデ
ィングされている。そして、ｐ側電極およびｎ側電極が
それぞれ第１および第２のリード２、３と金線５などに
より電気的に接続されている。

【００１７】ＬＥＤチップ１は、たとえば図３に示され
るように、サファイアからなる絶縁性基板２１上にたと
えばＧａＮからなる低温バッファ層、クラッド層となる
ｎ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系化合物半導体
（ＡｌとＧａとの比率が種々変わり得ることを意味す
る、以下同じ）の積層構造からなるｎ形層２３が１〜５
μｍ程度、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそ
れよりも小さくなる材料、たとえば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２４が０.０５〜０.３
μｍ程度、ｐ形のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ系化
合物半導体からなるｐ形層（クラッド層）２５が０.２
〜１μｍ程度それぞれ積層され、半導体積層部２６が形
成されている。そして、その表面に設けられる図示しな
いたとえばＮｉとＡｕの合金層からなる電流拡散メタル
層などを介して、ｐ形層２５に電気的に接続してｐ側電
極２８がたとえばＴｉとＡｕとの積層構造により設けら
れ、積層された半導体積層部２６の一部がエッチングさ
れて露出するｎ形層２３と電気的に接続してｎ側電極２
９がたとえばＴｉとＡｌの合金層によりそれぞれ設けら
れることにより、ＬＥＤチップ１が形成されている。

【００１８】このＬＥＤチップ１が図１に示されるよう
に、第１および第２のリード２、３の表面に跨って、た
とえばエポキシ系の接着剤（図示せず）によりダイボン
ディングされている。このＬＥＤチップ１がダイボンデ
ィングされる部分のリード２、３の表面には、たとえば
エポシキ系の樹脂からなる絶縁性部材４が設けられてお
り、ＬＥＤチップの少なくともｎ形層２３の部分はこの
絶縁性部材４上にマウントされるようにダイボンディン
グがなされる。絶縁性部材４は非導電性材料であれば他
の材料でもよいが、エポキシ系樹脂を用いれば、ダイボ
ンディングの接着剤と兼用することができる。その結
果、ＬＥＤチップ１が横向きにリード上にダイボンディ
ングされても、ＬＥＤチップ１のｎ形層２３とｐ形層２
５とがショートすることがない。

【００１９】そして、ｐ側電極２８およびｎ側電極２９
側は、たとえば金線５などにより第１のリード２および
第２のリード３と電気的にそれぞれ接続されている。こ
のような金線５により電気的に接続するには、たとえば
ＬＥＤチップ１の状態でそれぞれの電極に金線５の一端
部をボンディングし、その他端部にボールを形成してお
く。そして、ＬＥＤチップ１をリード２、３上にダイボ
ンディングした後に、金線５の他端部のボール部を第１
および第２のリード２、３にそれぞれ金属棒などにより
熱圧着することにより行われる。そのため、リードを立
てた状態で、その先端にワイヤボンディングをする必要
はない。そしてその周囲がＬＥＤチップ１により発光す
る光を透過させるエポキシ樹脂などによりモールドされ
て樹脂パッケージ６が形成されることにより、発光ラン
プが形成される。

【００２０】図１に示される例では、ＬＥＤチップ１の
基板がサファイアからなる透明体であるため、その基板
の裏面側に透過する光を取り出して利用できるように樹
脂パッケージ６が形成されており、通常の発光ランプと
同様に積層される半導体層に対して直角方向に出る光を
利用している。しかし、樹脂パッケージ６の凸状部であ
るレンズ部をリードのフレーム面と平行方向になる（図
１と直角な方向で紙面の上部に凸状部が設けられる）よ
うに形成され、ＬＥＤチップ１の端面（積層される半導
体層と垂直な面）から発光する光を利用するようにして
もよい。

【００２１】また、図１に示される例では、ＬＥＤチッ
プ１の下側（光を取り出すパッケージの凸状部と反対
側）に反射鏡９が設けられており、光の取出し面と反対
側に進んだ光を光取出し面側に反射させて有効に利用す
ることができる構造になっている。この反射鏡９は、た
とえば鏡面状態のＡｌ板などの金属板を使用することが
でき、リードフレームを折り曲げるだけで簡単に形成す
ることができる。しかも、この反射鏡９は、その折り曲
げの向きを調整することにより、通常の発光面側に進む
光と完全に合流させることもできるが、図２に示される
ように、その角度を僅かに傾けることにより、通常の発
光ビームＰとは異なる方向に反射光ビームＱを形成する
ことができる。このように、正面に向うビームＰより少
し下側に反射光によるビームＱを形成することにより、
たとえばディスプレーの各画素をＬＥＤで構成する場合
に、正面より下側にも発光ビームが形成されるため、デ
ィスプレーの下側に視野角を広げることができる。

【００２２】さらに、図１に示される例では、ＬＥＤチ
ップ１のｐ側電極およびｎ側電極と第１および第２のリ
ード２、３との電気的接続を金線５などのワイヤにより
行っている。しかし、この接続は金線などのワイヤによ
らなくても、ハンダなどの低融点金属によるバンプをリ
ード上のＬＥＤチップがダイボンディングされたときの
ｐ側電極およびｎ側電極の位置に近接する部分に設けて
おき、ＬＥＤチップ１をダイボンディングした後にハン
ダリフローなどにより電気的に接続されてもよい。ハン
ダバンプを形成しておかなくても、ＬＥＤチップ１の各
電極に板ハンダや糸ハンダなどを予め接着しておき、そ
のハンダにより各リードと電気的に接続してもよい。な
お、ＬＥＤチップの各電極を各リードと低融点金属によ
り直接電気的に接続する場合は、ＬＥＤチップの各電極
をＬＥＤチップのリード上にダイボンディングされる端
部側に設けておくことが好ましい。

【００２３】さらに、図１に示される例では、第１およ
び第２のリード２、３に跨ってＬＥＤチップ１がダイボ
ンディングされているが、一方のリード上にのみダイボ
ンディングされて、前述の方法によるワイヤにより各電
極をリードと電気的に接続することもできる。

【００２４】本発明によれば、発光部を形成する半導体
積層部２６が設けられる基板２１が絶縁性基板で、ｐ側
電極２８およびｎ側電極２９の両方ともが積層された半
導体層の表面側に設けられている半導体発光素子であっ
ても、横向きにダイボンディングされているため、２つ
のリードである導電性部材が形成する面上でダイボンデ
ィングや各電極の電気的接続をすることができる。その
ため、リードを立ててその先端部でダイボンディングや
ワイヤボンディングをする必要がなく、組立て工程が非
常に容易になる。しかも、ＬＥＤチップの絶縁性基板が
透明体であれば、その裏面側に進んだ光も有効に利用す
ることができ、電極による光の遮断を問題にすることな
く、外部に光を取り出す割合である外部発光効率を向上
させることができる。また、反射板を設け、その角度を
調整することにより、視野角を望みの方向に広げること
ができる。

【００２５】前述の例では、ＬＥＤチップ１がリードの
先端部にダイボンディングされて樹脂パッケージにより
覆われた発光ランプの例であったが、図４に示されるよ
うなチップ型発光素子や、配線パターンが形成されたプ
リント基板上にＬＥＤチップがマウントされる場合も同
様にすることができる。すなわち、図４において、絶縁
性の基板７の両端部に設けられる電極８ａ、８ｂ（導電
性部材）の間の基板７上にＬＥＤチップ１が横向き（半
導体積層部が基板７と直角方向になるように）にダイボ
ンディングされ、そのｐ側電極２８が一方の電極８ａと
金線５により接続され、ｎ側電極２９が他方の電極８ｂ
と金線５におり接続されている。そして、その周囲が樹
脂パッケージ１０により被覆されることにより、チップ
型のＬＥＤが得られる。この半導体発光素子は、ＬＥＤ
チップの端面から発光する光を利用することになる。

【００２６】なお、前述の各例ではＬＥＤチップがダブ
ルヘテロ接合構造であったが、ダブルヘテロ接合構造で
なくても通常のｐｎ接合構造でもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、リードや端子電極など
の導電性部材により形成される面と同一または平行な面
上にＬＥＤチップがダイボンディングされているため、
その組立工程が非常に容易になり、組立工数が削減され
ると共に、組立歩留りや信頼性が向上する。その結果、
半導体発光素子のコストダウンを達成することができ
る。

【００２８】また、ＬＥＤチップの電極が形成されない
面からの光を取り出しやすいため、電極による光の遮断
が余り問題にならず、発光効率も向上する。さらに、発
光面と反対側に進んだ光を好みの方向に反射させること
ができるため、ディスプレーなどに用いた場合でもその
視野角を望みの方向に広げることができ、半導体発光素
子の応用範囲が広がる。

【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斜視説
明図である。

【図２】図１の反射板の角度により反射ビームを調整す
る場合の説明図である。

【図３】図１のＬＥＤチップの一例の断面説明図であ
る。

【図４】本発明の半導体発光素子の他の実施形態の斜視
説明図である。

【図５】従来のＬＥＤチップを用いた発光ランプの一例
の説明図である。

【図６】従来のＬＥＤチップを用いた発光ランプの他の
例の説明図である。

【符号の説明】

１ ＬＥＤチップ ２ 第１のリード ３ 第２のリード ２１ 絶縁性基板 ２３ ｎ形層 ２５ ｐ形層 ２６ 半導体積層部 ２８ ｐ側電極 ２９ ｎ側電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に
   発光層を形成すべくチッ化ガリウム系化合物半導体層が
   積層される半導体積層部と、該半導体積層部の表面側の
   第１導電形の半導体層に電気的に接続して設けられる第
   １の電極と、前記半導体積層部の一部がエッチングによ
   り除去されて露出する第２導電形の半導体層に電気的に
   接続して設けられる第２の電極とからなる発光素子チッ
   プ、および（ｂ）同一面を形成するように並置される２
   つの導電性部材からなり、該２つの導電性部材が形成す
   る面と同一または平行な面上に、前記半導体積層部の積
   層された半導体層が前記同一または平行な面に対して直
   角方向になるように前記発光素子チップがダイボンディ
   ングされると共に、該発光素子チップの第１および第２
   の電極がそれぞれ前記２つの導電性部材のいずれかと電
   気的に接続されてなる半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記２つの導電性部材がリードフレーム
   から形成される第１および第２のリードからなり、前記
   発光素子チップが電気的絶縁性部材を介して前記第１お
   よび／または第２のリード上にダイボンディングされ、
   前記発光素子チップの第１および第２の電極が該第１お
   よび第２のリードとそれぞれ電気的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】 前記発光素子チップの絶縁性基板が該発
   光素子チップで発光する光を透過させる透明体からな
   り、前記発光素子チップの該絶縁性基板側または積層さ
   れた半導体層の表面側に光反射板が設けられ、該光反射
   板が設けられる側と反対側が発光面とされてなる請求項
   ２記載の半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記光反射板が、該光反射板により反射
   しないで放射される光の方向と異なる方向に反射するよ
   うに傾けて設けられてなる請求項３記載の半導体発光素
   子。
5. 【請求項５】 前記２つの導電性部材が絶縁性の基板の
   両端部にそれぞれ設けられる電極膜からなり、前記発光
   素子チップが前記基板上に該発光素子チップの第１導電
   形層と第２導電形層とが電気的に短絡しないようにダイ
   ボンディングされ、該発光素子チップの第１および第２
   の電極が前記２つの電極膜とそれぞれ電気的に接続され
   てなる請求項１記載の半導体発光素子。