WO2005008792A1 - 発光ダイオード - Google Patents

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light
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Yasuhiko Matsushita
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Sanyo Electric Co., Ltd.
Tottori Sanyo Electric Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting diode having a light-emitting element including a semiconductor layer stacked on a light-transmitting substrate.
  • a second method there is a method in which the shape of a light emitting element is changed. Light generated in the light emitting layer is emitted to the outside through multiple reflection in the light emitting element. The luminous efficiency is improved by reducing this multiple reflection.
  • a method of processing a sapphire substrate to reduce reflection at the sapphire substrate interface.
  • a sapphire substrate is peeled off to form a reflective layer, and the direction of light toward the back surface is changed by the reflective layer.
  • this method of processing sapphire substrates is still in the research stage and is expected to take several years to be put to practical use.
  • Patent Literature 1 discloses a method for improving the light emission efficiency even with a simple shape change because such a troublesome sapphire substrate is hardened.
  • this light emitting diode the side surface of the light emitting element is cut at an acute angle from the light emission observing surface side of the light transmitting substrate toward the light emitting layer (gallium nitride compound).
  • the blue light emitted from the gallium nitride-based compound, particularly the blue light near the side of the light emitting element, is reflected by the translucent substrate so as to be effectively extracted to the light emission observation surface.
  • This light-emitting diode eliminates the need for a cup-shaped lead frame previously required by this type of light-emitting diode. Thereby, productivity can be improved and a ceramic substrate can be used for the lead frame and the support.
  • Patent Document 1 describes that it is impossible in terms of production technology to apply this light emitting diode to a light emitting diode having a cup-shaped lead frame. That is, when the lead frame is formed into a cup shape, a compound semiconductor light emitting device having a structure in which the light-transmitting substrate faces upward and the electrodes face downward (for example, a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device) requires an assembly. Can not.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of a conventional light-emitting diode using a cup-shaped lead frame.
  • the light emitting diode 10 has a configuration in which a light emitting element (hereinafter, referred to as “LED chip”) 11 is provided on a cup-shaped lead frame 30.
  • the LED chip 11 has a translucent substrate 12 made of insulating sapphire, and a first conductive semiconductor layer 14 and a second conductive semiconductor layer 15 are stacked on a first surface 12a via a buffer layer 13. Is done.
  • a light emitting layer 16 is formed between the first conductivity type semiconductor layer 14 and the second conductivity type semiconductor layer 15.
  • the second surface 12b opposite to the first surface 12a is an emission observation surface.
  • the electrode 17 is electrically connected to the lead frame 30 by the conductive adhesive 20.
  • the n and p electrodes are appropriately insulated and connected to each other.
  • the LED chip 11 is joined to the lead frame 30 with the conductive adhesive 20 slightly crawling up to the side.
  • a conductive material having tackiness is usually used for the conductive adhesive 20 for the conductive adhesive 20 for the conductive adhesive 20 for the conductive adhesive 20 for the conductive adhesive 20 for the conductive adhesive 20, a conductive material having tackiness is usually used.
  • Patent Document 1 Patent No. 2964822 ( Figure 1, page 2 to page 3)
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a path of a light beam in the LED chip 11.
  • the light-emitting diode 10 emits light from the light-emitting layer 16 above the LED chip 11 (arrows 18c and 18d) and side surfaces (arrows 18a and 18b).
  • the luminous fluxes 18a to 18d the luminous fluxes 18a and 18b emitted to the side face are shielded by the conductive adhesives 20a and 20b. For this reason, the luminous fluxes 18a and 18b are not effectively used, and the luminous intensity of the entire chip is reduced accordingly.
  • the present invention has been made to solve the problems of the related art, and has as its object to provide a light emitting diode that can improve luminous efficiency by effectively utilizing light emitted from a side surface of a light emitting element. Aim.
  • the present invention provides a light-transmitting substrate, in which a semiconductor layer including a light-emitting layer is laminated on a first surface, and a second surface facing the first surface is formed as a light-emitting observation surface.
  • a semiconductor layer including a light-emitting layer is laminated on a first surface, and a second surface facing the first surface is formed as a light-emitting observation surface.
  • the side surface of the light emitting layer is formed of an inclined surface inclined with respect to the first surface, and the angle between the normal of the inclined surface and the crystal plane on which the light emitting layer grows is determined by the light emitted from the light emitting layer.
  • the angle is set so that the light is totally reflected in the direction of the optical substrate.
  • the present invention provides the light-emitting diode having the above-described configuration, wherein the semiconductor layer is formed by stacking compound semiconductors having first and second conductivity types in order from the light-transmitting substrate side. Semiconductor layer, and penetrates the translucent substrate to reach the first conductivity type semiconductor layer.
  • a vertical hole having a depth not reaching the two-conductivity-type semiconductor layer, and a conductive material formed along the vertical hole and conducting to the first-conductivity-type semiconductor layer are provided.
  • the present invention provides the light emitting diode having the above configuration, wherein the semiconductor layer is formed by stacking compound semiconductors having first and second conductivity types in order from the light transmitting substrate side.
  • An insulating layer formed of a semiconductor layer of a second conductivity type and filled in an opening formed in the semiconductor layer of the second conductivity type; and a vertical hole provided on the opening through the light-transmitting substrate and the semiconductor layer of the first conductivity type.
  • a conductive material that is formed along the inner wall surface of the vertical hole and that is conductive to the first conductivity type semiconductor layer.
  • the present invention provides the light-emitting diode having the above-described configuration, wherein the light-transmitting substrate has a second structure.
  • the vertical hole is closed by a pad electrode provided on the surface.
  • the present invention provides the light emitting diode having the above configuration, wherein the vertical hole is oriented in a depth direction.
  • the present invention is characterized in that, in the light emitting diode having the above structure, the conductive material has a light transmitting property.
  • the present invention is characterized in that in the light-emitting diode having the above-described configuration, the angle is set to 40 ° 50 °.
  • the present invention is characterized in that, in the light emitting diode having the above configuration, the inclined surface is covered with an insulating film.
  • the angle between the normal to the side surface of the semiconductor layer formed of the inclined surface where the light emitting layer is exposed and the crystal plane on which the light emitting layer grows is determined by the direction of the light emitted from the light emitting layer toward the light transmitting substrate. Since the angle is set so that the light is totally reflected, the light traveling from the light-emitting layer to the side surface of the light-emitting element changes its traveling direction and is emitted from the light-emission observation surface. Therefore, all of the light emitted from the light emitting layer is emitted from the light emission observation surface without being blocked by the adhesive material, so that the light emission output of the light emitting element is improved.
  • the manufacture of the light emitting diode becomes easy.
  • the pad electrode having a larger area than the sectional area of the vertical hole is provided, wire bonding of the lead wire can be easily performed. Further, according to the present invention, since the vertical hole is tapered in the depth direction, a conductive material having a predetermined thickness can be easily formed on the inner surface of the vertical hole by vapor deposition / sputtering.
  • the conductive material has a light-transmitting property, light absorption in the vertical hole is reduced, and light generated by the light emitting layer can be effectively extracted to the outside without loss.
  • the angle of inclination of the side surface of the semiconductor layer is set to 40 °-50 °, a light emitting diode that totally reflects on the side surface can be easily realized.
  • the semiconductor layer made of the conductive adhesive is used when the light emitting element is fixed on the lead frame with the conductive adhesive. Can be prevented from being short-circuited.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a light flux path in the light emitting diode element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional light emitting diode
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a light path in a device of a conventional light emitting diode.
  • LED chip Lid light emitting element
  • FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the light emitting diode of the present invention.
  • the light emitting diode 10 A has a configuration in which an LED chip 11 a is provided on a cup-shaped lead frame 30.
  • the LED chip 11a has a translucent substrate 12 made of insulating sapphire, and a semiconductor layer 9 is formed on a first surface 12a of the sapphire substrate 12 via a buffer layer 13.
  • the semiconductor layer 9 has a first conductive type semiconductor layer 14 made of one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor and a second conductive type semiconductor layer 15 made of the other.
  • a light emitting layer 16 is formed between the first conductivity type semiconductor layer 14 and the second conductivity type semiconductor layer 15, and an electrode 17 is formed on the second conductivity type semiconductor layer 15.
  • the second surface 12b opposite to the first surface 12a is a light emission observation surface.
  • the LED chip 11 a is fixed to the lead frame 30 by the conductive adhesive 20, and the electrode 17 is electrically connected to the lead frame 30.
  • the n and p electrodes conducting to the first and second conductive semiconductor layers 14 and 15 are connected to each other while being appropriately insulated from each other.
  • the LED chip 11a has a lead frame with the conductive adhesive 20 slightly crawling up to the side. Connected to system 30.
  • the side surface of the semiconductor layer 9 becomes an inclined surface 19 inclined with respect to the first surface 12a of the light transmitting substrate 12.
  • the inclined surface 19 is inclined such that the upper portion of the semiconductor layer 9 is directed outward of the LED chip 11a at both end surfaces where the light emitting layer 16 is exposed. As a result, the semiconductor layer 9 becomes narrower as the distance from the light-transmitting substrate 12 increases.
  • the inclined surface 19 is formed by selecting a dry etching condition in a known process of forming the semiconductor layer 9 of this type. Specifically, an appropriate slope is provided in advance on the mask end surface during dry etching.
  • the inclined surface 19 can be formed by using a technique in which the inclination of the mask end surface is inherited by the end surface of the etched crystal.
  • the inclined surface 19 may be formed by forming the cutting edge of the dicing blade into a tapered shape and forming a groove. At this time, the light emitting layer 16 is damaged by the dicing process. The crystal defects caused by the damage by dry etching or the like can be removed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a path of a light beam in the LED chip 11a.
  • the angle ⁇ formed by the normal a of the inclined surface 19 and the crystal plane on which the light emitting layer 16 grows is formed to be larger than the critical angle of the light 18a and 18b incident on the inclined surface 19 from the light emitting layer 16.
  • this angle ⁇ is selected in the range of 40 ° -50 °, total reflection can be ensured and the inclined surface 19 can be easily formed.
  • the above configuration is more preferably applied to a blue light emitting diode having a light emitting layer 16 made of a gallium nitride-based compound.
  • blue light emission with low luminous efficiency The reflected light is taken out from the light emission observation surface, so that the light emission output can be significantly improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a light emitting diode of a second embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
  • the inclined surface 19 is covered with the insulating film 19a.
  • Other parts are the same as those of the light emitting diode 10A of the first embodiment.
  • an LED chip l ib having an inclined surface 19 is fixed on a cup-shaped lead frame 30 by a conductive adhesive 20. At this time, even if the conductive adhesive 20 slightly climbs up to the side surface of the LED chip lib, the short circuit due to the contact between the conductive adhesive 20 and the first conductive type semiconductor layer 14 can be prevented by the insulating film 19a.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a light emitting diode of a third embodiment.
  • the light emitting diode 10C of the present embodiment includes a vertical hole 24 in which the LED chip 11c extends in the vertical direction in the figure.
  • Other parts are the same as those of the light emitting diode 10A of the first embodiment.
  • the vertical hole 24 is formed on one of the four corners of the periphery of the translucent substrate 12 by laser irradiation or the like.
  • the vertical hole 24 penetrates the translucent substrate 12 to reach the first conductivity type semiconductor layer 14 and has a depth that does not reach the second conductivity type semiconductor layer 15.
  • the vertical hole 24 has a diameter of several 10 / im and is formed in a columnar or conical shape.
  • the vertical hole 24 is used as an electric path (electric path) in the vertical direction of the LED chip 1 lc.
  • a conductive material 21 such as a metal thin film is formed along the inner surface of the vertical hole 24 by vapor deposition and sputtering.
  • the conductive material 21 having a predetermined thickness can be easily formed on the inner surface of the vertical hole 24.
  • the vertical hole 24 is closed by the pad electrode 22 having a larger area than the opening on the second surface 12b of the light-transmitting substrate 12.
  • the pad electrode 22 and the first conductivity type semiconductor layer 14 are electrically connected via the conductive material 21.
  • the lead electrode 31 is connected to the pad electrode 22 via a wire 23 that is wire-bonded. Note that the entirety of the conductive material 21 is Alternatively, when a part thereof is formed of a light-transmitting material, light shielding by the conductive material 21 can be reduced and a decrease in light emission output can be prevented.
  • the light emitting diode 11C having the above configuration, when a predetermined voltage is supplied between the electrode composed of the lead frame 30 and the lead electrode 31, the lead frame 30, the conductive adhesive 20, the electrode 17, the second conductive Paths of the mold semiconductor layer 15, the light emitting layer 16, the first conductive semiconductor layer 14, the conductive material 21, the pad electrode 22, the wire 23, and the lead electrode 31 are formed, and the light emitting layer 16 emits light.
  • each electrode to which a voltage is applied is usually arranged on one of the light-emitting observation surfaces of the translucent substrate 12.
  • electrodes can be arranged on the first surface 12a side and the second surface 12b side of the translucent substrate 12, respectively.
  • an insulating film 19a similar to that of the second embodiment may be provided on the inclined surface 19.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a light emitting diode of a fourth embodiment.
  • the same parts as those in the third embodiment shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
  • an opening 27 is provided in the second conductivity type semiconductor layer 15 of the LED chip lid.
  • the vertical hole 24 is provided on the opening 27 through the light-transmitting substrate 12 and the first conductivity type semiconductor layer 14.
  • Other parts are the same as those of the light emitting diode 10C of the third embodiment.
  • the opening 27 is formed by etching after forming the second conductive type semiconductor layer 15.
  • the vertical hole 24 is formed by laser irradiation or the like, and penetrates the translucent substrate 12 and the first conductivity type semiconductor layer 14 to reach the opening 27.
  • the vertical hole 24 is formed along the inner wall by a conductive material 21 by S sputtering or the like. As a result, the conductive material 21 conducts to the first conductivity type semiconductor layer 1.
  • a conductive film 25 that covers the vertical hole 24 is formed.
  • the conductive film 25 allows the conductive material 21 and the first conductive type semiconductor layer 14 to be conducted more reliably.
  • conductive The periphery of the film 25 is covered with an insulator 26 filling the opening 27. As a result, a short circuit between the first and second conductivity type semiconductor layers 14 and 15 can be prevented.
  • the same effects as those of the third embodiment shown in FIG. 3 can be obtained. Further, in the light emitting diode 10C of the third embodiment, it is necessary to form the vertical hole 24 so as not to penetrate the thin first conductive type semiconductor layer 14, so that it is difficult to control the laser irradiation. On the other hand, in the present embodiment, after the opening 27 is formed in the second conductivity type semiconductor layer 15 in advance, the first conduction type semiconductor layer 15 is formed.
  • the vertical hole 24 is formed through the mold semiconductor layer 14, the laser irradiation can be easily controlled.
  • the light emitting diode of the present invention has a structure in which the semiconductor layer 9 including the light emitting layer 16 is laminated on the first surface 12a of the light transmitting substrate 12, and A light emitting element having the second surface 12b facing the first surface 12a as a light emission observation surface can be equally applied to a known light emitting diode fixed to a lead frame 30 by a conductive adhesive material 21.
  • a blue light-emitting diode having a light-emitting layer 16 made of a gallium nitride-based compound on a light-transmitting substrate 12 has a low light-emitting efficiency. Therefore, by applying the present invention, the light-emitting output can be significantly improved. it can.
  • the light emitting output can be improved by utilizing the light emitting diode having a cup-shaped lead frame.
  • it is suitable for a blue light emitting diode having low luminous efficiency.

Abstract

　透光性基板１２の第１の面１２ａに発光層１６を含む半導体層９を積層するとともに第１の面１２ａに対向する第２の面１２ｂを発光観測面とする発光素子１１ａを、導電性接着材料２０によりリードフレーム３０に固定した発光ダイオード１０Ａにおいて、半導体層９の側面が第１の面１２ａに対して傾斜した傾斜面１９から成り、傾斜面１０の法線ａと発光層１６が成長する結晶面との成す角度θを、発光層１６が発する光が透光性基板１２の方向に全反射する角度にした。

Description

明 細 書
発光ダイオード
技術分野
[0001] 本発明は、透光性基板に積層された半導体層から成る発光素子を有する発光ダイ オードに関する。 背景技術
[0002] 青色発光ダイオード、青色レーザダイオード等の各種発光装置が抱える課題の一 つは、如何にして発光素子から光の取り出し効率を向上させるかにある。特に、白色 発光ダイオードの発光効率は、年々、改善されほぼ 2年で 2倍のスピードで向上して いる。それでも一般家庭で使用されている蛍光灯の発光効率 601m/Wに到達する までには、数年の歳月が掛かると言われている。
[0003] 一方、現在開発されている白色発光ダイオードでは、約 80%の光が無駄になって おり、発光素子の外へ放出されない光は素子内で多重反射が繰り返され、熱ェネル ギ一に変換されて放熱されている。
[0004] このような事情から、発光効率を上げる研究 *開発が活発に進められている。発光 効率を上げる第 1の方法として発光素子の材料に着目したものがある。これは、青色 発光素子と青色光を黄色光に変える蛍光材料で構成した白色発光ダイオードにお いて、発光素子の結晶中の欠陥を減少させることにより結晶品質を高める。これによ り、発光素子内の発光層での電気エネルギーが熱エネルギーに変換され難くなる。 その結果、光エネルギーを増加させることができる。
[0005] 第 2の方法として、発光素子の形状を変更したものがある。発光層で発生した光は 発光素子内で多重反射を繰り返して外部へ放出される。この多重反射を減少させて 発光効率を向上する。具体的には、サファイア基板を加工してサファイア基板界面で の反射を低減する方法がある。また、サファイア基板を剥離して反射層を形成し、こ の反射層で裏面に向う光の方向を変更する方法がある。しかし、このサファイア基板 を加工する方法は、未だ研究段階にあって、実用化されるまでには数年掛かると予 想されている。 [0006] 一方、このような面倒なサファイア基板をカ卩ェするのでなぐ単純な形状変更でも発 光効率を改善する方法が特許文献 1に開示されている。この発光ダイオードは、発光 素子の側面を透光性基板の発光観測面側から発光層（窒化ガリウム系化合物）に向 力、つて鋭角に切断する。窒化ガリウム系化合物より発する青色発光、特に発光素子 側面近傍の青色発光を透光性基板で反射させて発光観測面に有効に取り出すよう にしている。この発光ダイオードは、この種の発光ダイオードがこれまで必要としてい たカップ状のリードフレームを不要とする。これにより、生産性を上げることができると ともに、リードフレームや支持体にセラミック基板を使用することができる。
[0007] また、特許文献 1にはこの発光ダイオードがカップ状のリードフレームを有する発光 ダイオードに適用することが生産技術上不可能であることが記載されている。即ち、リ ードフレームをカップ形状にすると、透光性基板を上にして電極を下にするような構 造の化合物半導体発光素子 (例えば、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子)であ ると、アッセンプリができない。
[0008] 一方、図 6は、カップ状リードフレームを使用した従来の発光ダイオードの断面図を 示している。発光ダイオード 10はカップ状のリードフレーム 30上に発光素子（以下、「 LEDチップ」という） 11を設けた構成になっている。 LEDチップ 11は絶縁性のサ ファイアから成る透光性基板 12を有し、第 1の面 12aにバッファ層 13を介して第 1伝 導型半導体層 14と第 2伝導型半導体層 15が積層される。第 1伝導型半導体層 14と 第 2伝導型半導体層 15との間には発光層 16が形成されている。第 1の面 12aに対 向する第 2の面 12bは発光観測面となっている。
[0009] また、 LEDチップ 11は導電性接着剤 20によってリードフレーム 30上に電極 17が 電気的に接続されている。図示していないが n、 p電極は互いに適切に絶縁して接続 されている。 LEDチップ 11は側面へ導電性接着剤 20が少し這い上がった状態でリ ードフレーム 30に結合されている。導電性接着剤 20には通常粘着性を有する導電 性材料が使用される。
特許文献 1 :特許第 2964822号 (図 1、第 2頁-第 3頁）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0010] 図 7は LEDチップ 11内の光束の経路を模式的に表わした断面図である。発光ダイ オード 10は、発光層 16から LEDチップ 11の上方（矢印 18c、 18d)および側面（矢 印 18a、 18b)にそれぞれ光が放出される。これらの発光束 18a— 18dのうち、側面に 放出される発光束 18a、 18bは導電性接着剤 20a、 20bによって遮蔽される。このた め、発光束 18a、 18bが有効に利用されず、その分チップ全体の発光強度が低下す る問題があった。
[0011] 本発明は、この従来技術の課題を解決するためになされたもので、発光素子の側 面から放出される光を有効利用して発光効率を向上できる発光ダイオードを提供す ることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0012] 上記目的を達成するために本発明は、透光性基板の第 1の面に発光層を含む半 導体層を積層し、第 1の面に対向する第 2の面を発光観測面とする発光素子を、接 着材料によりリードフレームに固定した発光ダイオードにおいて、
前記発光層の側面が第 1の面に対して傾斜した傾斜面から成り、前記傾斜面の法 線と前記発光層が成長する結晶面との成す角度を、前記発光層が発する光が前記 透光性基板の方向に全反射する角度にしたことを特徴とする。
[0013] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記半導体層は第 1、第 2 の伝導型を有する化合物半導体を前記透光性基板側から順に積層した第 1、第 2伝 導型半導体層から成り、前記透光性基板を貫通して第 1伝導型半導体層に達して第
2伝導型半導体層に達しない深さの縦穴と、前記縦穴に沿って形成して第 1伝導型 半導体層に導通する導電性材料とを設けたことを特徴とする。
[0014] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記半導体層は第 1、第 2 の伝導型を有する化合物半導体を前記透光性基板側から順に積層した第 1、第 2伝 導型半導体層から成り、第 2伝導型半導体層に形成した開口部に充填される絶縁層 と、前記透光性基板及び第 1伝導型半導体層を貫通して前記開口部上に設けられる 縦穴と、前記縦穴の内壁面に沿って形成して第 1伝導型半導体層に導通する導電 性材料とを設けたことを特徴とする。
[0015] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記透光性基板の第 2の 面に設けたパッド電極により前記縦穴を塞いだことを特徴とする。
[0016] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記縦穴を深さ方向に向か つて
先細りにしたことを特徴とする。
[0017] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記導電性材料が透光性 を有することを特徴とする。
[0018] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記角度を 40° 50° に したことを特徴とする。
[0019] また、本発明は、上記構成の発光ダイオードにおいて、前記傾斜面に絶縁膜を被 覆したことを特徴とする。
発明の効果
[0020] 本発明によると、発光層が露出した傾斜面から成る半導体層の側面の法線と発光 層が成長する結晶面との成す角度を、発光層が発する光が透光性基板の方向に全 反射する角度にしたので、発光層から発光素子の側面へ向う光は進行方向が変更さ れて発光観測面から放出される。従って、発光層から発する光が接着材料によって 遮断されずに全て発光観測面から放出されるので、発光素子の発光出力が向上す る。
[0021] また本発明によると、第 1伝導型半導体層に達して第 2伝導型半導体層に達しない 深さの縦穴と、縦穴に沿って形成して第 1伝導型半導体層に導通する導電性材料を 設けたので、導電性材料に導通して半導体層に電圧を印加する電極を透光性基板 の発光観測面に設けることができる。これにより、透光性基板の第 1の面側と、第 2の 面側に分けて電極を配置することができ、電極による遮光を抑制して光取り出し効率 を高めることができる。また、電極とリード線を接続するワイヤボンディングが 1箇所で 済み、組立作業性を非常に高めることができる。
[0022] また本発明によると、薄い第 1伝導型半導体層を貫通して縦穴を設けるので、発光 ダイオードの製造が容易になる。
[0023] また本発明によると、縦穴の断面積よりも面積の広いパッド電極を設けたのでリード 線のワイヤボンディングを容易に行うことができる。 [0024] また本発明によると、縦穴を深さ方向に向かって先細りにしたので、所定の厚さの 導電性材料を蒸着ゃスパッタ等により縦穴の内面に容易に形成することができる。
[0025] また本発明によると、導電性材料が透光性を有するので、縦穴内での光の吸収が 減少し、発光層力 発した光を損失無く有効に外部へ取り出すことができる。
[0026] また本発明によると、半導体層側面の傾斜の角度を 40°— 50° にしたので、該側 面で全反射する発光ダイオードを容易に実現することができる。
[0027] また本発明によると、半導体層側面の傾斜面に絶縁層が被覆されるので、発光素 子をリードフレーム上に導電性接着剤により固定する際に導電性接着剤による半導 体層の短絡を防止することができる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]本発明の第 1実施形態の発光ダイオードを示す断面図
[図 2]本発明の第 1実施形態の発光ダイオードの素子内の光束の経路を模擬的に示 す断面図
[図 3]本発明の第 2実施形態の発光ダイオードを示す断面図
[図 4]本発明の第 3実施形態の発光ダイオードを示す断面図
[図 5]本発明の第 4実施形態の発光ダイオードを示す断面図
[図 6]従来の発光ダイオードを示す断面図
[図 7]従来の発光ダイオードの素子内の光束の経路を模擬的に示す断面図 符号の説明
[0029] 9 半導体層
10、 10A— 10D 発光ダイオード
11、 11a— l id 発光素子（LEDチップ）
12 透光性基板
13
14 第 1伝導型半導体層
15 第 2伝導型半導体層 18a— 18d 発光束
19 傾斜面
19a
20
21 導電性材料
22
24 縦穴
26 絶縁体
27 開口部
30 リードフレーム
31 リード電極
発明を実施するための最良の形態
[0030] 以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。説明の便宜上、前述の図 6、図 7に示す従来例と同様の部分には同一の符号を付している。尚、本発明は図面 に示したものに限定されるものではない。図 1は、本発明の発光ダイオードの第 1実 施形態を示す断面図である。
[0031] 発光ダイオード 10Aはカップ状のリードフレーム 30上に LEDチップ 11aを設けた構 成になっている。 LEDチップ 11aは絶縁性のサファイアから成る透光性基板 12を有 し、サファイア基板 12の第 1の面 12aにはバッファ層 13を介して半導体層 9が形成さ れる。半導体層 9は p型半導体または n型半導体の一方から成る第 1伝導型半導体 層 14と、他方から成る第 2伝導型半導体層 15が積層されている。第 1伝導型半導体 層 14と第 2伝導型半導体層 15との間には発光層 16が形成され、第 2伝導型半導体 層 15上には電極 17が形成されている。第 1の面 12aに対向する第 2の面 12bは発光 観測面となっている。
[0032] また、 LEDチップ 11aは導電性接着剤 20によってリードフレーム 30に固定され、電 極 17がリードフレーム 30と電気的に接続されている。図示していないが第 1、第 2伝 導型半導体層 14、 15に導通する n、 p電極は互いに適切に絶縁して接続されている 。 LEDチップ 11aは側面へ導電性接着剤 20が少し這い上がった状態でリードフレー ム 30に結合されている。導電性接着剤 20には通常粘着性を有する導電性材料が使 用される。
[0033] 半導体層 9の側面は透光性基板 12の第 1の面 12aに対して傾斜した傾斜面 19に な
つている。傾斜面 19は発光層 16が露出した両端面において半導体層 9の上部が L EDチップ 11aの外部方向になるように傾斜される。これにより、半導体層 9は透光性 基板 12から離れるほど狭くなつている。
[0034] 傾斜面 19はこの種の公知となっている半導体層 9の形成工程において、ドライエツ チング条件を選択して形成される。具体的にはドライエッチング時のマスク端面に予 め適当な傾斜を設ける。マスク端面の傾斜がエッチングされた結晶の端面に引き継 がれる手法を用いて傾斜面 19を形成することができる。
[0035] 或いは、ダイシングブレードの刃先をテーパ状に成形して溝カ卩ェすることにより傾 斜面 19を形成してもよレ、。この時、発光層 16がダイシング加工によるダメージを与え られる力 ドライエッチング等によりダメージにより生じた結晶欠陥を除去することがで きる。
[0036] 図 2は LEDチップ 11a内の光束の経路を模擬的に示した断面図を示している。傾 斜面 19の法線 aと発光層 16が成長する結晶面とが成す角度 Θは、発光層 16から傾 斜面 19に入射する光 18a、 18bの臨界角よりも大きく形成される。これにより、発光層 16から発する光 18a、 18bが全て透光性基板 12側に反射され、 LEDチップ 11aの 内部に全反射される。この角度 Θは、 40°— 50°の範囲に選定すると確実に全反射 させることができるとともに傾斜面 19を容易に形成することができる。
[0037] 発光層 16が露出した半導体層 9の側面を傾斜面 19を形成することにより、発光層 16から LEDチップの側面へ向う光 18e、 18fは進行方向が変更されて発光観測面か ら放出される。このため、従来のように光束が接着材料によって遮断されるようなこと がない。従って、発光層 16で発された光が全て傾斜面 19で反射して LEDチップ 11 aの発光出力が向上する。
[0038] 上記構成は、特に窒化ガリウム系化合物から成る発光層 16を有する青色発光ダイ オードに適用するとより望ましい。即ち、発光効率が低い青色発光を傾斜面 19で全 反射して発光観測面から取り出すことにより、発光出力を著しく向上させることができ る。
[0039] 次に、図 3は第 2実施形態の発光ダイオードを示す断面図である。説明の便宜上、 前述の図 1、図 2に示す第 1実施形態と同一の部分には同一の符号を付している。本 実施形態の発光ダイオード 10Bは、傾斜面 19に絶縁膜 19aが被覆されている。その 他の部分は第 1実施形態の発光ダイオード 10Aと同様である。
[0040] 発光ダイオード 10Bは傾斜面 19を有する LEDチップ l ibが導電性接着剤 20によ つてカップ状のリードフレーム 30上に固定される。この時、導電性接着剤 20が LED チップ l ibの側面へ少し這い上がっても、絶縁膜 19aによって導電性接着剤 20と第 1伝導型半導体層 14との接触による短絡を防止できる。
[0041] 次に、図 4は第 3実施形態の発光ダイオードを示す断面図である。説明の便宜上、 前述の図 1、図 2に示す第 1実施形態と同一の部分には同一の符号を付している。本 実施形態の発光ダイオード 10Cは、 LEDチップ 11cが図中、上下方向に延びる縦穴 24を備えている。その他の部分は第 1実施形態の発光ダイオード 10Aと同様である
[0042] 縦穴 24は透光性基板 12の周部の例えば四隅の内の一にレーザ照射等によって 形成される。縦穴 24は透光性基板 12を貫通して第 1伝導型半導体層 14に到達し、 第 2伝導型半導体層 15には達しない深さになっている。また、縦穴 24は直径が数 1 0 /i mになっており円柱状または円錐状に形成される。
[0043] 縦穴 24は LEDチップ 1 lcの上下方向の電気的な通路（電気的パス）として利用さ れる。電気的パスを形成するために、縦穴 24の内面にそって金属薄膜等の導電性 材料 21が蒸着ゃスパッタ等により形成される。縦穴 24の断面形状を深さ方向に先細 りにすると、縦穴 24の内面に所定の厚さの導電性材料 21を容易に形成することがで きる。
[0044] また、縦穴 24は透光性基板 12の第 2の面 12b上の開口よりも面積の大きなパッド 電極 22により塞がれる。これにより、パッド電極 22と第 1伝導型半導体層 14とが導電 性材料 21を介して電気的に接続される。パッド電極 22にはワイヤーボンディングされ るワイヤー 23を介してリード電極 31が接続されている。尚、導電性材料 21の全部ま たは一部を透光性材料により形成すると、導電性材料 21による遮光を低減して発光 出力の低下を防止することができる。
[0045] 上記構成の発光ダイオード 11Cにおいて、リードフレーム 30から成る電極と、リード 電極 31との間に所定の電圧を供給すると、リードフレーム 30、導電性接着剤 20、電 極 17、第 2伝導型半導体層 15、発光層 16、第 1伝導半導体層 14、導電性材料 21、 パッド電極 22、ワイヤ 23、リード電極 31の経路が形成され、発光層 16が発光する。
[0046] 本実施形態によると、第 1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電流の 経路に電界が集中する箇所が少ない構造となるため発光ダイオード 11Cの静電耐 圧を向上させることができる。また、従来の発光ダイオードは通常、電圧を印加する各 電極が透光性基板 12の一方の発光観測面側に配置される。これに対して、発光ダイ オード 11 Cは透光性基板 12の第 1の面 12a側と第 2の面 12b側とに電極をそれぞれ 配置することができる。その結果、電極による遮光を抑制して光取り出し効率も向上さ せること力 Sできる。更に、ワイヤボンディングを 1箇所行うだけで済み、発光ダイオード 11Cの組立作業性を高めることができる。尚、第 2実施形態と同様の絶縁膜 19a (図 3参照）を傾斜面 19に設けてもよい。
[0047] 次に、図 5は第 4実施形態の発光ダイオードを示す断面図である。説明の便宜上、 前述の図 4に示す第 3実施形態と同一の部分には同一の符号を付している。本実施 形態の発光ダイオード 10Dは、 LEDチップ l idの第 2伝導型半導体層 15に開口部 27が設けられる。縦穴 24は透光性基板 12及び第 1伝導型半導体層 14を貫通して 開口部 27上に設けられる。その他の部分は第 3実施形態の発光ダイオード 10Cと同 様である。
[0048] 開口部 27は第 2伝導型半導体層 15を形成した後にエッチングカ卩ェ等により形成さ れる。縦穴 24はレーザ照射等により形成され、透光性基板 12及び第 1伝導型半導 体層 14を貫通して開口部 27に到達する。縦穴 24には内壁に沿って導電性材料 21 力 Sスパッタ等により形成されている。これにより、導電性材料 21は第 1導電型半導体 層 1に導通する。
[0049] また、開口部 27内には縦穴 24を覆う導電膜 25が形成される。導電膜 25により導電 性材料 21と第 1導電型半導体層 14とをより確実に導通させることができる。尚、導電 膜 25の周囲は開口部 27に充填される絶縁体 26で覆われる。これにより、第 1、第 2 導電型半導体層 14、 15の短絡を防止することができる。
[0050] 本実施形態によると、前述の図 3に示す第 3実施形態と同様の効果を得ることがで きる。更に、第 3実施形態の発光ダイオード 10Cは、縦穴 24を薄い第 1伝導型半導 体層 14を貫通しないように形成する必要があるため、レーザ照射の制御が困難であ る。これに対して、本実施形態は予め第 2伝導型半導体層 15に開口部 27を形成し た後、第 1伝導
型半導体層 14を貫通して縦穴 24を形成すればょレ、ので、レーザ照射を容易に制御 すること力 Sできる。
[0051] 以上、本発明の具体例について述べた力 上述のような本発明の発光ダイオード は、透光性基板 12の第 1の面 12aに発光層 16を含む半導体層 9を積層するとともに 第 1の面 12aに対向する第 2の面 12bを発光観測面とする発光素子を、導電性接着 材料 21によりリードフレーム 30に固定した周知の発光ダイオードに対して等しく適用 可能である。
[0052] 特に、透光性基板 12上に窒化ガリウム系化合物から成る発光層 16を有する青色 発光ダイオードは発光効率が低いため、本発明を適用することにより発光出力を著し く向上することができる。
産業上の利用可能性
[0053] 本発明によると、カップ型のリードフレームを有する発光ダイオードに利用して発光 出力を向上することができる。特に、発光効率の低い青色発光ダイオードに好適であ る。

Claims

請求の範囲
[1] 透光性基板の第 1の面に発光層を含む半導体層を積層するとともに第 1の面に対 向する第 2の面を発光観測面とする発光素子を、導電性接着材料によりリードフレー ムに固定した発光ダイオードにおいて、
前記半導体層の側面が第 1の面に対して傾斜した傾斜面から成り、前記傾斜面の 法線と前記発光層が成長する結晶面との成す角度を、前記発光層が発する光が前 記透光性基板の方向に全反射する角度にしたことを特徴とする。
[2] 前記半導体層は前記発光層を挟んで隣接する第 1、第 2の伝導型を有する化合物 半導体を前記透光性基板側から順に積層した第 1、第 2伝導型半導体層を有し、前 記透光性基板を貫通して第 1伝導型半導体層に達して第 2伝導型半導体層に達し ない深さの縦穴と、前記縦穴に沿って形成して第 1伝導型半導体層に導通する導電 性材料とを設けたことを特徴とする請求項 1に記載の発光ダイオード。
[3] 前記半導体層は前記発光層を挟んで隣接する第 1、第 2の伝導型を有する化合物 半導体を前記透光性基板側から順に積層した第 1、第 2伝導型半導体層を有し、第 2伝導型半導体層に形成した開口部に充填される絶縁体と、前記透光性基板及び 第 1伝導型半導体層を貫通して前記開口部上に設けられる縦穴と、前記縦穴の内壁 面に沿って形成して第 1伝導型半導体層に導通する導電性材料とを設けたことを特 徴とする請求項 1に記載の発光ダイオード。
[4] 前記透光性基板の第 2の面に設けたパッド電極により前記縦穴を塞いだことを特徴 とする請求項 2または請求項 3に記載の発光ダイオード。
[5] 前記縦穴を深さ方向に向かって先細りにしたことを特徴とする請求項 2—請求項 4 のレ、ずれかに記載の発光ダイオード。
[6] 前記導電性材料が透光性を有することを特徴とする請求項 2—請求項 5のいずれ かに記載の発光ダイオード。
[7] 前記角度を 40°— 50° にしたことを特徴とする請求項 1一請求項 6のいずれかに 記載の発光ダイオード。
[8] 前記傾斜面に絶縁膜を被覆したことを特徴とする請求項 1一請求項 7のいずれか に記載の発光ダイオード。 [9] 前記半導体層が窒化ガリウム系化合物から成ることを特徴とする請求項 1一請求項 8のレ、ずれかに記載の発光ダイオード。
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