TWI632706B - Light emitting chip - Google Patents

Abstract

本發明之課題為提供一種可提高光提取效率之新穎構成的發光晶片。本發明之解決手段為，本發明之發光晶片包含，藍寶石基板、於正面設有形成於藍寶石基板正面之發光層的裝置晶片，及以可供來自發光層之出射光穿透的樹脂黏接於藍寶石基板之背面而成的透明構件。透明構件可讓來自發光層的出射光穿透。在透明構件之與裝置晶片的抵接面上，形成有露出於透明構件之側面及抵接面的溝槽。並將溝槽的槽寬變成比裝置晶片之其中1邊的長度還要小。

Description

發光晶片 發明領域

本發明是有關於一種具備形成有發光層之裝置晶片(device chip)之發光晶片。

發明背景

含有LED(Light Emitting Diode)、LD(Laser Diode)等之發光裝置已經被實用化。通常，這些發光裝置都具備設有裝置晶片的發光晶片，該裝置晶片形成有可藉由施加電壓而發出光之發光層。相關裝置晶片之製造，首先，是在結晶成長用基板上之以格子狀之分割預定線所劃分的各領域上，使作為發光層之磊晶(epitaxial)層(結晶層)成長。之後，藉由沿分割預定線分割結晶成長用基板而單片化，就可以形成一個個發光晶片用的裝置晶片。

在發光晶片中，當發出綠光或藍光之發光層為InGaN系的裝置晶片時，一般是將藍寶石使用在結晶成長用基板上，並在該藍寶石基板上依序進行n型GaN半導體層、InGaN發光層、p型GaN半導體層的磊晶成長。並且，分別在n型GaN半導體層與p型GaN半導體層上形成外部引出用電極。

藉由將該裝置晶片之背面側(藍寶石基板側)固定在導線架(leadframe)上，並以透鏡(lens)構件來覆蓋裝置晶片之正面側(發光層側)，就可以形成發光二極體。在這種發光二極體上，輝度之提升變成是重要的課題，且截至目前已有各種用於提高光提取效率的方法被提出(參照例如，專利文獻1)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平4-10670號公報

發明概要

然而，因電壓之施加而在發光層上產生的光，主要是從含有發光層之積層體的2個主面(正面及背面)發出。例如，從積層體的正面(透鏡構件側的主面)發出的光，是通過透鏡構件等而被提取到發光二極體的外部。另一方面，從積層體的背面(藍寶石基板側的主面)所發出的光，會在藍寶石基板中傳播，且其中一部分會在藍寶石基板與導線架的界面等上發生反射而返回到積層體。

在例如，目的為提升切削時的加工性而在裝置晶片上使用薄的藍寶石基板時，則積層體的背面和，藍寶石基板與導線架的界面之間的距離會變短。此時，與藍寶石基板較厚之情況相比較，在藍寶石基板與導線架的界面上反射而返回到積層體的光的比例會變高。由於積層體會吸 收光線，因此當像這樣返回積層體之光的比例變高時，則發光二極體之光提取效率就會降低。

本發明即有鑑於此點而作成的，並以提供可提高光提取效率之發光晶片為目的。

本發明之發光晶片包含，正面具有發光層之裝置晶片、以具透光性之樹脂黏接於裝置晶片之背面而形成且可供發光層所發出之光穿透的透明構件，其特徵為，在透明構件之與裝置晶片間的抵接面上，形成有露出於透明構件之側面及抵接面的溝槽，且溝槽的槽寬度比裝置晶片長邊側的1邊的長度還小。

根據此構成，因為會在黏接於裝置晶片背面之透明構件之與裝置晶片的抵接面上形成溝槽，所以可以將溝槽的內部空間之折射率做成比透明構件之折射率還小，且相較於入射到透明構件之光，可以將入射到溝槽之光的全反射的角度變大。藉此，可以將穿透透明構件之後發生反射而返回到發光層之光的比例抑制得較低，並可以將從裝置晶片發出之光的比例增加，而可以提高光提取效率。此外，可以使其在對溝槽之入射以及出射時產生光的散射，而可以將從透明構件之側面發出之光的比例變多。

又，在本發明之發光晶片中，宜以抵接面的2~5成的去除面積比率形成溝槽。透過此去除面積比率，可以提升發光晶片之輝度，並可以將裝置晶片與透明構件之裝設穩定性維持在良好的狀況。

又，在本發明之發光晶片中，宜在透明構件之抵接面上將溝槽形成為交叉(cross)狀。依照此構成，就可以更佳地提高光提取效率。

又，在本發明之發光晶片中，裝置晶片也可以是，在藍寶石基板上積層有由GaN半導體層所構成的發光層。根據此構成，就可以在發出藍光與綠光的發光晶片中，提高光提取效率。又，即使將藍寶石基板變薄，也可以因應透明構件之厚度，將反射光入射到發光層以外的位置，所以可以在不降低光提取效率之情況下使用薄的藍寶石基板，並可以維持薄的結晶成長用基板的加工性。

根據本發明，可以提供一種可提高光提取效率之新穎構成的發光晶片。

1‧‧‧發光二極體

11‧‧‧導線架

11a、14a、141a、241a‧‧‧正面

111a、111b‧‧‧導線構件

112a、112b‧‧‧接觸端子

12,22‧‧‧發光晶片

14、24‧‧‧裝置晶片

14b、15b、25b、141b‧‧‧背面

14c‧‧‧邊

141、241‧‧‧藍寶石基板

142、242‧‧‧積層體

15、25、35‧‧‧透明構件

15a、25a、35a‧‧‧抵接面

15c、25c‧‧‧側面

16‧‧‧溝槽

17a、17b‧‧‧導線

18‧‧‧透鏡構件

A1~A3、B1~B5‧‧‧光程

w‧‧‧槽寬

d‧‧‧間距

圖1為模式化地表示實施形態之發光二極體的構成例之立體圖。

圖2為表示上述發光二極體之發光情形的剖面模式圖。

圖3為上述發光二極體具有之透明構件的概略立體圖。

圖4為表示比較構造中的發光二極體之發光情形的剖面模式圖。

圖5為實施例1~7及比較例之透明構件的平面圖。

圖6為表示比較例、實施例1~7之輝度提升率的測定結果之圖表。

用以實施發明之形態

以下，參照附圖來說明本發明之實施形態。圖1為模式地表示實施形態之發光二極體的構成例之立體圖，圖2為實施形態之發光二極體的發光晶片之發光情形之剖面模式圖。如圖1所示，發光二極體1具有成為基座的導線架11，與被支撐固定在導線架11上的發光晶片12。

導線架11是以金屬等材料形成為圓柱狀，並在相當於其中一方的主面之背面側上，設有具導電性之2條導線構件111a、111b。導線構件111a、111b互相絕緣，且各自作為發光二極體1之正極、負極而發揮作用。此導線構件111a、111b是透過配線(圖未示)等，而連接到外部電源(圖未示)。

在相當於導線架11之另一方的主面的正面11a上，將互相絕緣的2個連接端子112a、112b以預定的間隔隔開而配置。並在導線架11內部連接連接端子112a與導線構件111a。又，在導線架11內部連接連接端子112b與導線構件111b。因此，連接端子112a、112b的電位分別變成與導線構件111a、111b的電位同等。

發光晶片12是在導線架11的正面11a，且配置於連接端子112a與112b之間。如圖2所示，發光晶片12具有裝置晶片14，與黏接於此裝置晶片14之背面14b的透明構件15。裝置晶片14具備，平面形狀為矩形的藍寶石基板141，與設置於藍寶石基板141正面141a之積層體142。積層體142包含使用GaN系半導體材料而形成之複數個半導體層(GaN 半導體層)。

積層體142是依序磊晶成長出下列層而形成：電子為多數載子(carrier)之n型半導體層(例如，n型GaN層)、成為發光層之半導體層(例如，InGaN層)、電洞為多數載子之p型半導體層(例如，p型GaN層)。又，在藍寶石基板141上形成有各自與n型半導體層及p型半導體層連接，以對積層體142施加電壓的2個電極(圖未示)。再者，該等電極也可包含於積層體142中。

透明構件15是由藍寶石基板構成，且構成為可供發光層所發出之光穿透。透明構件15宜具有與藍寶石基板141同等以上的厚度。將透明構件15之正面變成抵接於裝置晶片14之背面14b的抵接面15a，且抵接面15a與裝置晶片14之背面14b是藉由樹脂(圖未示)而被黏接。該樹脂是由可供發光層所發出之光線穿透的晶粒黏著劑(die bonding agent)等的透明樹脂材料所構成。藉由與上述樹脂相同的樹脂(圖未示)將透明構件15的背面15b黏接至導線架11的正面11a。

以平面來看，透明構件15之抵接面15a及背面15b的外形形狀，各自形成為與裝置晶片14大致相同的矩形，並被配置成互相平行。透明構件15具有連結抵接面15a及背面15b之各四邊的4個側面15c。並將各個側面15c形成為垂直於抵接面15a及背面15b。

圖3是從上方觀察透明構件之概略立體圖。如圖3所示，是在透明構件15之抵接面15a上形成溝槽16，且在本實施形態中，是將溝槽16以2條形成為交叉狀。具體來說， 各溝槽16是平行於形成抵接面15a的四個邊延伸，且形成為互相垂直。各溝槽16的延伸方向的兩端，分別位於形成抵接面15a之四個邊的中央而敞開，藉此，將各溝槽16的延伸方向兩端露出於透明構件15之側面15c。再者，各溝槽16是以從上方將抵接面15a去除的方式形成，且也露出於透明構件15之抵接面15a。

將溝槽16之槽寬w，形成得比形成裝置晶片14的四個邊之長邊側的1邊14c的長度還小。又，相對於透明構件15之抵接面15a的全部面積，宜將形成溝槽16之區域的比例(以下，稱為「去除面積比率」)設定在約2成~5成。再者，溝槽16並不限於以2條做成交叉狀，也可以做成在2條溝槽16之中，省略1條，而僅在抵接面15a上形成1條，也可以做成以預定間隔隔開而平行地形成2條。又，只要使槽寬w比裝置晶片14之1邊14c的長度還小，並露出於透明構件15之抵接面15a及側面15c，也可以形成3條以上的溝槽16，或將交叉之2條溝槽16的角度形成直角以外的角度。

回到圖1，設置於導線架11上的2個連接端子112a、112b各自透過具導電性之導線17a、17b，連接到發光晶片12的2個電極。藉此，可以將連接於導線構件111a、111b之電源的電壓施加到積層體142(參照圖2)。當將電壓施加到積層體142上時，在成為發光層之半導體層中，會流入來自n型半導體層的電子，同時會流入來自p型半導體層的電洞。其結果為，會在成為發光層之半導體層中發生電子與電洞的再結合，並發出預定波長的光線。在本實施的形 態中，因為是使用GaN系半導體材料來形成成為發光層的半導體層，所以可發出相當於GaN系半導體材料之能隙(bandgap)的藍色與綠色光。

導線架11之正面11a側的外周緣上，安裝有覆蓋裝置晶片14之正面14a側的圓頂(dome)狀之透鏡構件18。透鏡構件18是由具有預定折射率之透明樹脂等材料所形成，並使從裝置晶片14之積層體142發出的光線折射，將其導向發光二極體1外部的預定方向。如此，從裝置晶片14發出的光線，可通過透鏡構件18而被提取到發光二極體1的外部。

接著，關於實施形態之發光二極體1的輝度改善效果，一邊參照圖4之比較構造的發光二極體一邊進行說明。圖4為表示從用於與實施形態作比較之比較構造的發光二極體之發光晶片發出光之情形的剖面模式圖。比較構造之發光二極體，除了改變透明構件15之形狀之點外，具備和實施形態之發光二極體1共通的構成。亦即，在比較構造之發光晶片22中，是將具有平面形狀為矩形之藍寶石基板241，與設置於藍寶石基板241正面241a之積層體242的裝置晶片24，黏接於透明構件25之抵接面25a上。並且，在透明構件25之抵接面25a上，並不形成如實施形態的溝槽16，而是形成為與背面25b平行之平面狀。

如圖2所示，實施形態之發光晶片12中，在成為發光層的半導體層所產生的光，主要是從積層體142之正面142a(亦即發光晶片14的正面14a)，以及背面142b發出。從積層體142之正面142a所發出的光線(例如，光程A1)，如上 所述，是通過透鏡構件18(參照圖1)等而被提取到發光二極體1之外部。另一方面，從例如，積層體142之背面142b所發出而傳播光程A2的光線會入射到，藍寶石基板141與形成於溝槽16內之空氣層之間的界面，即裝置晶片14之背面14b，而被全反射(光程A3)。傳播光程A3之光線，則入射到藍寶石基板141的側面，而朝外部射出。

相對於此，如圖4所示，關於比較構造之發光晶片22的光程B1、B2，會變成與實施形態之發光晶片12的光程A1、A2一樣。但是，實施形態之光程A3，會因溝槽16而在裝置晶片14之背面14b被全反射，相對於此，比較構造之光程B3會朝透明構件25側穿透。傳播光程B3的光線，會在導線架11之正面11a被反射(光程B4)。傳播光程B4的光，會在透明構件25的側面25c與空氣層之界面被全反射(光程B5)。被全反射而傳播光程B5的光線，由於在穿過透明構件25後會穿過藍寶石基板241，並入射到積層體242而被吸收，所以變成無法提取到外部。

如上所述，根據實施形態之發光二極體1，可以將溝槽16之內部空間的折射率做得比透明構件15之折射率還小，且與入射到透明構件15之光線相比，可以將入射到溝槽16之光線的全反射角度變廣。因此，可以將從積層體142向溝槽16出射而與光程A2同樣地傳播之光線，與光程A3同樣地提取到外部。藉此，與光程A2同樣地傳播之光線，相較於和比較構造之光程B2同樣地傳播之光線，可以增加在裝置晶片14之背面14b全反射之光線的比例。其結果 為，可以減少在透明構件15等之內部反覆反射而回到積層體142之光線的比例，增加從藍寶石基板141發出之光線的比例，提高光提取效率，而達到輝度之提升。又，在本實施形態中，可以使從積層體142出射而與光程A2同樣地傳播之光線在溝槽16中散射，並使該光線的一部分經由藍寶石基板141及透明構件15傳播而提取到外部，藉此，也可以將回到積層體142之光線的比例抑制得較低。

再者，由於藍寶石基板較硬而不容易加工，所以較佳是使用薄的藍寶石基板以提高加工性。在上述之發光二極體1中，即使將藍寶石基板141變薄，也可以透過透明構件15而維持高的光提取效率。亦即，不必為了維持光提取效率，而將藍寶石基板141變厚而犧牲加工性。

其次要說明的是，為了確認上述實施形態之發光二極體的輝度改善效果而進行的實驗。在本實驗中，製作具有圖5所示之構成的透明構件15、35的發光二極體，以作為實施例1~7以及比較例。實施例1之發光二極體，除了變更溝槽16之形態外，做成與上述實施形態之發光二極體1(參照圖1)同樣的構成，而黏接透明構件15與裝置晶片14之透光性樹脂(圖未示)，是使用透光的晶粒黏著劑(信越化學製，KER-M2)。將裝置晶片14之大小(縱長×橫長×厚度)做成270μm×595μm×150μm。透明構件15，就與裝置晶片14相同大小之範圍，使用了將抵接面15a的面積(縱長×橫長)做成270μm×595μm，將厚度做成150μm的藍寶石基板。

實施例1的溝槽16是在橫向(長邊方向)中央部中 沿縱向(短邊方向)延伸成1條，並將槽寬w做成80μm。實施例2及3，是變更實施例1之溝槽16的槽寬w而成，並將實施例2之槽寬w做成160μm，實施例2之槽寬w做成300μm。實施例4是形成2條實施例1之溝槽16而成，並將各溝槽16之槽寬中間點之橫向間距d做成200μm。實施例5及6的溝槽16，是在縱向中央部中沿橫向延伸成1條，並將實施例5之槽寬w做成80μm，實施例6之槽寬w做成110μm。實施例7之溝槽16，是在兩方形成實施例1及5的各溝槽16而做成交叉狀。實施例1~7之溝槽16的深度，全部都做成40μm。比較例省略了實施例1之溝槽16的形成，並將透明構件35的抵接面35a形成平面狀。

在本實驗中，是對各實施例及比較例之發光二極體的輝度進行測定。具體而言，是對從各發光二極體所發射出之所有光線的強度(功率)的合計值(全發射束測定)進行測定，並以未形成溝槽16之比較例為基準(100%)換算成輝度提升率。圖6為表示測定結果之圖表。圖6中，縱軸表示各發光二極體之輝度提升率(%)。又，在圖6中，是以百分率[%]表示各實施例之去除面積比率。

如圖6所示，相較於成為基準(100%)的比較例，在透明構件15上形成有溝槽16之實施例1~7的全部，都可以做到將輝度提升，並將光提取效率提高。特別是在溝槽16之去除面積比率為約2~5成的實施例5(29.6%)、實施例6(40.7%)、實施例3(50.4%)中，可確認到輝度提升率為約110%之輝度變高之傾向。又，在實施例6(40.7%)、實施例 7(39.1%)雖然將去除面積比率形成近似的值，但實施例7的輝度提升率比實施例6高4.5%，可以確認到藉由將溝槽16作成交叉狀可提升輝度。再者，當將溝槽16之去除面積比率做成大於5成，則抵接面15a相對於裝置晶片14之背面14b的面積會變窄，容易導致其等之接著穩定性變得不夠。因此，綜合考量所述接著穩定性與輝度提升兩方面，溝槽16之去除面積比率變成在4成左右是最適合的。

再者，本發明不受限於上述實施形態，並可作各種變更而實施。在上述的實施形態中，關於附圖所示之大小與形狀等，並不因此而受限，並可在可發揮本發明之效果的範圍內作適宜的變更。其他，只要不脫離本發明目的之範圍，均可以作適宜的變更而實施。

例如，在上述實施形態中，雖然以使用藍寶石基板與GaN系半導體材料之裝置晶片14為例示，但是作為結晶成長用基板而使用GaN基板等、結晶成長用基板以及半導體材料並不受限於實施形態。再者，為了提高加工性，雖然宜將藍寶石基板等之結晶成長用基板變薄，但是不一定要將結晶成長用基板變薄亦可。

又，在上述實施形態中，雖然例示了將n型半導體層、發光之半導體層，及p型半導體層依序設置的積層體142，但是積層體142之構成並不因此受限。只要將積層體142構成為，至少可藉由電子與電洞之再結合而發出光即可。

又，裝置晶片14也可以做成發出紅外光之裝置晶 片(AlGaAs、GaAsP等)，此時，藉由以紅外光可穿透之材質形成透明構件15，就可以得到與上述實施形態同樣的效果。此外，在裝置晶片14為可發出紫外光，且透明構件15是以紫外光可穿透之材質所形成時，也能得到與上述實施形態同樣的效果。

產業上之可利用性

本發明對於具有形成有發光層之裝置晶片的發光晶片之光提取效率的提升是有用的。

Claims (3)

1. 一種發光晶片，其特徵在於，包含：正面具發光層之裝置晶片；及以透明樹脂接著於該裝置晶片之背面且供從該發光層發出之光線穿透之透明構件，在該透明構件之與該裝置晶片的抵接面上，形成有露出於該透明構件之側面及該抵接面的溝槽，且該溝槽的槽寬比該裝置晶片長邊側之1邊的長度還小，該溝槽是形成為去除面積比率為2~5成，前述去除面積比率是形成該溝槽之區域相對於該透明構件之該抵接面的全部面積的比例。
2. 如請求項1所述的發光晶片，其中，該溝槽是在該透明構件之該抵接面上形成為交叉狀。
3. 如請求項1或2所述的發光晶片，其中，該裝置晶片是將由GaN半導體層所構成的發光層積層在藍寶石基板上而形成。