TW541721B - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Description

541721 五、發明說明（1) 本案係基於曰本專利申請案第2 0 0 1 - 1 2 5 1 3 6號，該案以 引用方式併入此處。 iLS 背 t ~發明範, 本發明係關於半導體發光裝置。 關技藝說明 /免边為了促成光觸媒用於汽車空氣清淨機，利用可發射 紫外光之發光裝置（LED ) 。LED之構造為多個I I I族氮化 物化合物半導體發光元件安裝於特別設計之基板上，卻使 用透光樹脂如聚矽氧樹脂密封。 田此種空氣清淨機發展供家用時，空氣處理容積大增。 =此對光觸媒要求的紫外光數量也增加。結果要求各個 led有南光輸出。要求UD有高光輸出可藉由增加^以達 一 ^一此種辦法不佳，零組件數目的增加將導致成本增 向。 日4 =明ί最近研究’發現相關技藝之led光輸出變大 日可出現以下各項問題。 、•隨ϊ ΐ ^的增加，一般使用密封樹脂的變色（黃化）加 速丄故無法保證相關技藝LED有足夠壽命。 採：”的濕度比汽車用濕度更高。因此當 =7 “史色的聚彻脂時，無法獲得充分防滋 又’為了將LED市場擔女5 — iin. ^ 之某招甘^祛Π 心大至般豕用品，使用特殊設計 心&板並不佳，反而較好骆其士 將基板用於一般圓形燈的相同組

541721 五、發明言兒明（2) 裝方法。又，為了防止發光元件於組裝步驟因靜電而劣 化，需要確定切斷反向電流，不讓反向電流流入發光元 件。 董J概要 本發明之一目的係解決至少一種前述問題。 本發明之另一目的係提供一種具有高操作可信度以及長 期使用壽命之發光裝置。 根攄本發明之發光裝置之構造如後：一種半導體發光裝 置具有：一 I I I族氮化物化合物半導體發光元件，其接受 覆晶晶片（f 1 i p ch i P)黏貼’且用以發射波長不大於4 0 0毫 微米之光；一曾納二極體’其係耦合至該發光元件；以及 一金屬外殼，其有，窗’其係用於密封該發光元件之曾納 二極體。 於具有此種構造之發光裝置’ I I 1族氮化物化合物半導 體發光元件接受覆晶晶片黏貼，故光可以高效率由發光元 件提取至外側。藉由使用曾納二極體，可確保防止反向電 流流入發光元件。如此不僅發光裝置可於尋常組裝步驟製 造，同時也可改良發光裝置之可信度及耐用性。又當發光 元件使用金屬外殼密封時’可阻擋外在環境（特別濕度） 對發光元件造成的影響。如此改進發光元件之可信度及耐 用性。它方面，由於使用金屬外Μ ^ β " — 孟屬外奴，故可免除密封樹脂的 使用。赭此方式可解決變色問顳。v4士丄☆ G U續。又根據本發明，發光元 件塗覆以一種聚矽氧樹脂，該中於& &卜 ,^ ^ ^ β i 矽虱樹脂對短波光輻射造 成的麵：色有尚度抗性。經由使用 丈用折射率比空氣更高的聚矽

91107841.ptd $ 5頁 541721 五、發明說明（3) 更容易發射，如此光輪出效率改良。進-少發 九兀件之機械強度也改善。 y 連同附圖將顯然自明。 L…例之坪細說明 例之詳細說明 後文將說明本發明之細節。 物ίΐ!!波長不大於4°°毫微米之光用πι族氮化物化合 :丰2肢發光元件’可就此使用相關技藝提議之半導體發 无兀4牛。 根#康_本鉍明之I I I族氮化物化合物半導體發光元件1，如 圖1所不，具有一種半導體構造，其中η型層3、包括一發 光層之多層4、以及ρ型層5順序積層於基板2上。ρ電極6形 成於Ρ型層5上，η電極7形成於藉蝕刻暴露之η型層3。ρ電 極6紐由接合材料8如金屬凸塊而耦合至曾納二極體ι〇之口 區1 3 11電極7也經由接合材料9鶴合至曾納二極體1 〇之η區 1 2。發光tl件接受覆晶晶片黏貼，如此形成發光元件安裝 於撐體之安裝面上，位於形成ρ電極及η電極該側上。接受 覆晶晶片黏貼之發光元件發射的光由基板側輻射，換言之 由電極形成側之對側輕射。

本說明書中，各I I I族氮化物化合物半導體係以下式表 示：A lxGaY Irvx_YN (O^X^i'o^Yg'o^x+Yy)， 其包括所謂之二元化合物如A丨N、G aN及丨nN，以及所謂之 三兀化合物A1xGa〗-xN、AlxIrVxN 及GaxIivxN (此處0<χ<ι )。I 1 I族元素可由硼（B )或鉈（τ 1 )部分替代。氮（N

541721 五、發明.說明（4) )可由填（P)、珅（As) 、録（Sb )或鉍（Bi )部分 代。I I I族氮化物化合物半導體層含有 # 劑。〜一、"等可用作為‘雜？。=^^ Be、Ca、Sr、Ba等用作為p型雜質。攙 氮化物化合物半導體可以電子束照射或電^ :=1族 加熱。形成各I I I族氮化物化合物半導體層^之方法5並内 殊限制。例如I I I族氮化物化合物半導雕 ..... 化學氣相沈積法（MOCVD法）形成，或可益乎〜1 $械 a」错眾所周知方法 形成，例如分子束磊晶法（MBE法）、ώγ L (HVPE„) 至於發光元件構造，可使用有-MIS接面、/」piN接 一 pn接面之構造；或有一同質型結構、—非同質型結 或:雙重非同質型結，之構造。又可採用量子井構造（單 一量子井構造或多重量子井構造）。 曾納二極體可防止反向電流流入發光元彳牛。 於本發明之具體實施例’板狀曾納二極體架設於腳34杯 部3 5底面上，發光元件直接耦合於曾納二極體上。另外， 曾納二極體與發光元件可彼此分開’同時經Z導線彼此耗 合0 如圖2所示，金屬外殼6 〇有一腳部3 0及一蓋部4 〇，發光 元件使用金屬外殼60氣密密封。經由使用金屬外殼6〇，變 成無須使用容易變色的密封樹脂，例如環氧樹脂。較好使 用非活性氣體如氮氣滌除金屬外殼60内部。 較好由腳3 4到杯部3 5的周面製作成為實質鏡面，因而具

541721 五、發明說明（5) 有高光反射效率。為了將周面製成鏡面。較好使用金咬 於周面進行金屬電鍍。另外，可於周面進行白塗覆。3銀 較好於杯部35内部以光透射材料填充，因而改良由發“ 元件之光輸出效率’以及因而提高發光元件之機械安定光 性。光透射材料係選用難以被來自發光元件之光變色、 料。材料例如包括聚矽氧樹脂及玻璃。 的材 於光透射材料可分散螢光物質。根據選用的螢光物柄 由發光層發射的光可改變成需要的顏色。 貝’ 至於用於尖峰波長380毫微米附近之發光元件之螢 質’較好使用釔/鋁/石榴石：Ce、Ζης · r a 1 7 物

Cu、zn:Sr^ZnS:Eu。 如.Cu、A1、ZnS: 較好螢光物質係均勻分散於發光材料。於發光 於螢光物質分散密度提供梯度，讓 科，可 邊。 選梯度可漸進改變或為單 替代螢光物質、或組合螢光物皙 ， 混於光透射材料。 豐先物貝，如雲母等分散劑可攙 後文將使用本發明之具體實施例 細節。 ％ 步况明本發明構造 圖2為剖面圖顯示根據該具體實 施例之發光裝置20簡言之係有發1構造。5亥具體實 10、金屬外殼60組成，金屬外殼60=1、曾〇納二極體 圖1顯示根據該具體實施例，⑴；f腳部30及蓋部40。 發光元件1與曾納二極體1()間之稱合^化物化合物半導體 該具體實施例之發光元件i具有導體構造，

541721 五、發明說明（6) 塑層3含一發光層之多層4 ·，及p型層5順序積層於藍寶石基 板2上。若有所需η型層及p型層3及5各自可由多層組成。 量子井結構採用於多層4 ’故可發射多層於3 8 〇毫微米之 光。Ρ電極6由金合金製成，ρ電極6實質上沈積於ρ型層5之 全部表面積上° η電極7係由鋁合金組成，η電極7係沈積於 藉餘刻暴露之η型層3上。 發光元件1之Ρ電極及η電極6及7分別經由金凸塊製成的 導電接合材料8及9而連接至曾納二極體1〇、ρ區13&η區 12。如圖2所示，導電15 —端接合至ρ區13，導線15另一端 接合至直引線3 3。冒納一極體1 〇背面係經由導電接合材料 連接至腳34杯部35底面。腳34熔接至地線31。如此發光元 件η電極7電連接至地線3 1。 如圖3Α及3Β所示，腳部30具有蓋狀腳34、引線31及33、 及絕緣材料3 9。腳34之中部凹陷而形成拋物面形狀（杯部 35 )。曾納二極體1〇固定於杯部35底面中央，發光元件i 堆疊於曾納二極體10上。腳34係由導電金屬材料加壓模 製，腳34有一面接受鍍金。二孔形成於腳34，地線31插過 一孔之一且炫接至腳3 4。直引線3 3插過另一孔，利用絕緣 材料3 9而與腳3 4絕緣。採用玻璃作為絕緣材料3 9。 蓋部4 0設置有殼部4 1及玻璃部4 3 (參考圖4 )。殼部4 1 及玻璃部43彼此氣密密封連接。蓋部40形成為大小略大於 腳34 。如圖2所示當蓋部40置於腳34上方時，介於蓋部40 與腳3 4間形成適當空間5 0。殼部4 1及腳3 4各別之下緣氣密 熔接。空間5 0以氮氣掃除。

C: \2D-C0DE\91 -06\91107841 .ptd 第9頁 541721 五、發明說明（7) 則方產根吐據本具冑實施{列配置之發光裝置20，S光元件1多 層4產生之光，通過其9 卞1夕 反射，又葬权直接設置外側丨或光藉卩電極 側。 a杯°卩5正面反射以及通過玻璃部43後設置外 :破璃部43係由無機材料製成，故 凡件1之短波光也幾乎不會變色。 接收/自發光 :牛1之輸出。又空間5。係由金屬腳34及：=== ”，及“氣密包封。如此來自外側的V氣二以 圖5顯示根據二 圖2之元件標示—對；光裝置6。。圖5中，同 本且！^ ^ / 考編唬，在此刪除該元件說明。 f 。二例中，聚石夕氧樹脂盛裝於腳糊杯部3 m 藉此方式發光元件1輸出效率改良。又：

先兀件1與冒納二極體丨〇間之耦合部，以及始 I = 間接合部之機械強度改善。如此:進發-光：置G之 光= 料，氧樹脂為對短波光如紫外 圖6顯示根據又另一且，與 圖2之相同元件標二一對；以；發光裝置8。。圖"’ 說明。 對應 > 考、扁唬，在此免除該元件之 玻璃部形成為凸透鏡44形狀。凸透鏡 44扣肩光幸田射面角色。發光元 聚，以高效率發射至外側。 土射之先由凸透鏡會 541721 五、發明說明（8) 本發明絕非囿限於對實施本發明之模式所做說明。熟諳 技藝人士可未背離申請專利範圍之說明對實施本發明之模 式做出多項修改。 元件號之說明 1 I I I族氮化物化合物半導體發光元件 2 基板 3 η型層 4 多層 5 ρ型層 6 ρ電極 7 η電極 8 接合材料 9 接合材料 10 曾納二極體 12 η區 13 ρ區 15 導線 20 發光裝置 30 腳部 31 地線 33 直引線 34 腳 35 杯部 39 絕緣材料

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C: \2D-C0DE\91 -06\91107841 .ptd 第12頁 541721 圖式簡單說明 圖1為剖面圖顯示根據本發明之一具體實施例，發光元 件與曾納二極體彼此耦合模式； 圖2為剖面圖顯示根據該具體實施例之發光元件； 圖3 A及3B為圖式顯示根據該具體實施例之發光裝置腳 部，圖3 A為腳部平面圖，圖3 B為其剖面圖； 圖4 A及4B為圖式顯示根據該具體實施例之發光裝置之蓋 部構造，圖4A為蓋部平面圖，圖4B為其剖面圖； 圖5為剖面圖顯示根據另一具體實施例之發光裝置；以 及 圖6為剖面圖顯示根據又另一具體實施例之發光裝置。

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Claims (1)

1. 541721 六、申清專利範圍 1. 一種半導體發光裝置，包含： 一 I I I族氮化物化合物半導體發光元件，該元件屬於覆 晶晶爿黏貼型，用以發射波長不大於4 0 0毫微米之光； 一曾納二極體，其係耦合至該發光元件；以及 一金屬外殼，其有一窗，及其用於密封該發光元件及該 曾納二極體。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中該曾 納二極體係設置於金屬外殼腳部之杯部，以及該發光元件 係設置於該曾納二極體上。 3. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該杯 部係填充以聚矽氧樹脂。 4. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該杯 部周面係製作成為實質鏡面。 5. 如申請專利範圍第2項之半導體發光裝置，其中該金 屬外殼包含該腳部以及一蓋部，該蓋部具有該窗以及覆蓋 腳部，讓發光元件及曾納二極體係設置於腳部與蓋部間之 空間。

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