WO2010098313A1 - 発光装置 - Google Patents
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Definitions
- the thermal conductivity of the color conversion member will be improved compared to the case of using a silicone resin.
- the temperature rise of the phosphor can be further suppressed, the luminous flux can be improved, and the gas barrier property and moisture permeation resistance against water vapor and NO x can be improved, and the moisture absorption deterioration of the phosphor can be suppressed. Durability is improved.
- a yellow phosphor is adopted as a phosphor to be mixed with a light-transmitting material used as the material of the color conversion member.
- the phosphor is not limited to the yellow phosphor, and for example, a red phosphor and a green phosphor are mixed. Even white light can be obtained.
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Abstract
本発明の発光装置は、ｎ形窒化物半導体層と、窒化物発光層と、ｐ形窒化物半導体層と、アノード電極と、カソード電極とを有しているＬＥＤチップと実装基板とを有する。窒化物発光層は、前記ｎ形窒化物半導体層上に設けられている。ｐ形窒化物半導体層は、前記窒化物発光層上に設けられている。アノード電極は、前記ｐ形窒化物半導体層から見て、前記窒化物発光層と反対側に位置している。カソード電極は、前記ｎ形窒化物半導体層上に設けられている。実装基板の導体パターンは、前記カソード電極及び前記アノード電極と、バンプを介して接合されている。ＬＥＤチップは、誘電体層を有している。誘電体層は、少なくとも１つ以上の島状に形成されており、且つ、前記ｐ形窒化物半導体層と前記アノードとの間に位置している。ｐ形窒化物半導体層は、前記バンプと重複する第１領域を有している。誘電体層は、前記第１領域に形成されていない。
Description
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を備えた発光装置に関する。特に、本発明の発光装置は、アノードと、ｐ形窒化物半導体層と、前記アノードと前記ｐ形窒化物半導体層との間に誘電体層を有している。この誘電体層は、ＬＥＤチップの厚み方向に垂直な面の所定の領域に設けられている。
従来から、多くのＬＥＤチップの開発が行われている。従来のＬＥＤチップは、発光層と、アノード電極とカソード電極とを有している。発光層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半導体材料からなる。アノード電極及びカソード電極は、発光層の厚み方向の一表面及び他表面に形成されている。このＬＥＤチップは、実装基板に対して、フリップチップ実装により実装されている。このＬＥＤチップにおいて、光取り出し効率を向上する研究がなされている。ＬＥＤチップの光取り出し効率を向上するために、アノード電極での光吸収を抑制するように設計された構造を有するＬＥＤチップが各所で研究開発されている。このようなＬＥＤチップは、特許文献１に開示されている。
ここにおいて、上記特許文献１に開示されたＬＥＤチップは、図３に示すような構造を有している。図３に示すように、ＬＥＤチップは、サファイア基板からなる透光性基板１の一表面側にｎ形窒化物半導体層２と窒化物発光層３とｐ形窒化物半導体層４との積層構造を有し、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層３側とは反対側にアノード電極７が形成されている。そして、ｎ形窒化物半導体層２における窒化物発光層３の積層側にカソード電極８が形成されている。また、ＬＥＤチップは、第１の透明導電膜９ａと、第１の透明導電膜９ａと、第２の透明導電膜９ｂと、複数の低屈折率誘電体層１０Ｐと、反射導電膜１１と、バリアメタル層１４とを備えている。第１の透明導電膜９ａと、第１の透明導電膜９ａと、第２の透明導電膜９ｂと、複数の低屈折率誘電体層１０Ｐと、反射導電膜１１と、バリアメタル層１４とは、ｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に配置されている。第１の透明導電膜９ａは、ｐ形窒化物半導体層４の上に形成されている。第２の透明導電膜９ｂは、第１の透明導電膜９ａの上に形成されている。低屈折率誘電体層１０Ｐは、ｐ形窒化物半導体層４が有する屈折率よりも小さい屈折率を有する材料により形成されている。低屈折率誘電体層１０Ｐは、第２の透明導電膜９ｂの上に、部分的に積層されている。低屈折率誘電体層１０Ｐは、窒化物発光層３から放射された光を反射するように構成されている。反射導電膜１１は、低屈折率誘電体層１０Ｐ及び第２透明導電膜９ｂを覆うように形成されている。反射導電膜１１は、窒化物発光層３から放射された光を反射するように構成されている。バリアメタル層１４は、反射導電膜１１の上に形成されている。すなわち、図３のＬＥＤチップは、窒化物発光層３の厚み方向の光取り出し面と、光取り出し面と反対側に位置する第１面とを有している。そして、ＬＥＤチップは、第１面側に、低屈折率誘電体層１０Ｐを備えている。窒化物発光層３は、光を光取り出し面側及びアノード電極７側の両方に向けて光を放射する。窒化物発光層３からアノード電極７に向けて放射された光は、低屈折率誘電体層１０Ｐ及び反射導電膜１１により反射される。低屈折率誘電体層１０Ｐ及び反射導電膜１１は、光を、光取り出し面に向けて反射する。なお、図３（ｂ）中の矢印Ｃは、窒化物発光層３から放射され、低屈折率誘電体層１０Ｐに入射し、低屈折率誘電体層１０Ｐによって反射された光の伝搬経路の一例を示している。
上述の第１の透明導電膜９ａは、膜厚を２～１０ｎｍの範囲に設定されている。当該第１の透明導電膜９ａの材料としては、例えば、Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｆｅの単体、あるいは、これらのいずれか一種を含む合金などが採用される。第２の透明導電膜９ｂの材料としては、例えば、ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＺｎＯ，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，ＭｇxＺｎ1-xＯ（ｘ≦０．５），アモルファスＡｌＧａＮ，ＧａＮ，ＳｉＯＮの群から選択される１つの材料が採用されている。また、反射導電膜１１の材料としては、Ａｇ、Ａｌ，Ｒｈなどが採用されている。また、アノード電極７の金属材料としては、Ａｕが採用され、バリアメタル膜１４の材料としては、Ｔｉが採用されている。
上述の各低屈折率誘電体層１０Ｐは、ＬＥＤチップの厚み方向に垂直な断面を有しており、この断面は、円形を有している。また、各低屈折率誘電体層１０Ｐは、第２の透明導電膜９ｂ上で２次元アレイ状に配列されている。さらに説明すれば、各艇屈折率誘電体層１０Ｐは、ＬＥＤチップの厚み方向に垂直な面に沿った正方格子の各格子点に位置するように配置されている。要するに、図３のＬＥＤチップは、窒化物発光層３に平行な平面上で独立しており、且つ、島状形成された複数の低屈折率誘電体層１０Ｐを備えている。
ここにおいて、低屈折率誘電体層１０Ｐは、絶縁性を有し且つ互いに屈折率の異なる２種類の誘電体膜が交互に積層された屈折率周期構造を有している。各誘電体膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4，ＡｌＮなどが採用されている。
図３に示した構成のＬＥＤチップＡＡを実装基板にフリップチップ実装した発光装置では、窒化物発光層３からｎ形窒化物半導体層２側へ放射された光は、透光性基板１を通して光取り出し面から出射される。さらに、窒化物発光層３からｐ形窒化物半導体層４側へ放射された光は、複数の低屈折率誘電体層１０Ｐと反射導電膜１１とで構成される反射部により反射される。したがって、反射部が金属反射膜により構成されている場合に比べて、窒化物発光層３からアノード電極７側へ放射された光を効率良く反射することができる。したがって、この構成は、ＬＥＤチップの所望の光取り出し面からの光取り出し効率を向上させ、これにより、発光効率を高めることが可能となる。また、図３に示した構成のＬＥＤチップでは、低屈折率誘電体層１０Ｐが、窒化物発光層３に平行な平面上で独立した島状に形成されて複数設けられている。したがって、この構成は、低屈折率誘電体層１０Ｐに起因した動作電圧の上昇を抑制する。その結果、この構成は、動作電圧の上昇を抑制しつつ光取り出し効率を向上させる。
しかしながら、上述の発光装置では、複数の島状の低屈折率誘電体層１０Ｐが、第２の透明導電膜９ｂ上で２次元アレイ状に配列されている。したがって、アノード電極７は、その一面に、バンプと重複する第１領域を有している。そして、低屈折率誘電体層１０Ｐは、第１領域にも配置されている。低屈折率誘電体層１０Ｐの誘電体材料の熱伝導率は、ＡｕやＧａＮなどと比較して非常に小さい。（ＳｉＯ2の熱伝導率は０．５５Ｗ／ｍＫ、Ａｕの熱伝導率は３２０Ｗ／ｍＫ、ＧａＮの熱伝導率は１３０Ｗ／ｍＫ）したがって、ＬＥＤチップからバンプを介して実装基板に熱を逃がす放熱性が低下する。これにより、ＬＥＤチップの発光効率が低下してしまう。さらに、上述の発光装置では、ＬＥＤチップＡＡを実装基板にフリップチップ実装する際に、ＬＥＤチップに衝撃が加わる。この衝撃は、第１領域に位置する低屈折率誘電体層１０Ｐと第２の透明導電膜９ｂとの界面に剥離を生じさせる。同様に，ＬＥＤチップに加わる衝撃は、第２の透明導電膜９ｂと反射導電膜１１との界面で剥離を生じさせる。これは、低屈折率誘電体層１０Ｐと当該低屈折率誘電体層１０Ｐに接する膜（第２の透明導電膜９ｂ、反射導電膜１１）との密着力が低いことが原因であると考えられる。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものである。本発明の目的は、放熱性が向上され、発光効率が向上された発光装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の発光装置は、ＬＥＤチップと実装基板とを有する。前記ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層と、窒化物発光層と、ｐ形窒化物半導体層と、アノード電極と、カソード電極とを有している。前記ｎ形窒化物半導体層は、第１面を有している。前記窒化物発光層は、前記ｎ形窒化物半導体層の第１面上に設けられている。前記ｐ形窒化物半導体層は、前記窒化物発光層上に設けられている。前記アノード電極は、前記ｐ形窒化物半導体層から見て、前記窒化物発光層と反対側に位置している。前記カソード電極は、前記ｎ形窒化物半導体層の第１面上に設けられている。前記実装基板は、前記ＬＥＤチップを実装している。前記実装基板は、導体パターンを有しており、前記導体パターンは、前記カソード電極及び前記アノード電極と、バンプを介して接合されている。前記ＬＥＤチップは、誘電体層を有しており、前記誘電体層は、ｐ形窒化物半導体層が有する屈折率よりも小さい屈折率を有しており、少なくとも１つ以上の島状に形成されており、且つ、前記ｐ形窒化物半導体層と前記アノードとの間に位置している。前記ｐ形窒化物半導体層は、前記バンプと重複する第１領域を有している。前記誘電体層は、前記第１領域と重複していない。
この場合、ＬＥＤチップの光取り出し効率が高められ、しかも、ＬＥＤチップと実装基板との間の熱抵抗が低減されることにより放熱性が向上される。
前記ＬＥＤチップは、さらに、透明導電膜と、反射導電膜とを有していることが好ましい。前記透明導電膜は、ｐ形窒化物半導体層とアノード電極との間に配置されており、且つ、前記ｐ形窒化物半導体層が有する屈折率よりも小さい屈折率を有している。前記反射導電膜は、前記透明導電膜とアノード電極との間に配置されている。前記誘電体層は、透明導電膜の上に部分的に配置されるように、少なくとも１つ以上の島状に形成されており、且つ、前記透明導電膜と前記アノードとの間に位置している。
この場合も、ＬＥＤチップの光取り出し効率が高められ、しかも、ＬＥＤチップと実装基板との間の熱抵抗が低減されることにより放熱性が向上される。
前記第１領域は、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向に垂直な面であり、前記面は、円形状であることが好ましい。そして、前記第１領域は、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向において、前記バンプと重複する。
この場合、前記形成禁止領域の平面視形状が矩形状である場合に比べて前記低屈折率誘電体層の配置密度を高めることができ、前記ＬＥＤチップの光取り出し効率を高めることができる。
前記第１領域は、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向に垂直な面であり、前記面は、円形状であることが好ましい。これにより、第１領域は、外周を有する。前記第１領域は、前記バンプは、前記第１領域の外周の内側に位置するように、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向において、前記バンプと重複する。
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤチップＡと、当該ＬＥＤチップＡが実装された実装基板２０とを備えている。なお、図１（ａ）の上下方向は、ＬＥＤチップ及びＬＥＤチップの各要素の厚み方向である。
本実施形態の発光装置は、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤチップＡと、当該ＬＥＤチップＡが実装された実装基板２０とを備えている。なお、図１（ａ）の上下方向は、ＬＥＤチップ及びＬＥＤチップの各要素の厚み方向である。
実装基板２０は、絶縁性基板２１と、導体パターン２７，２８とからなる。絶縁性基板２１は、電気絶縁性を有しており、熱伝導率の高い窒化アルミニウム基板からなり、平板状に形成されている。導体パターン２７，２８は、絶縁性基板２１の一表面上に設けられている。導体パターン２７，２８は、バンプ３７，３８を介して、後述するＬＥＤチップＡのアノード電極７及びカソード電極８とそれぞれ接合される。なお、実装基板２０の平面視形状は、矩形状（本実施形態では、正方形状）となっているが、正方形状に限らず、例えば、長方形状、円形状、六角形状でもよい。
実装基板２０の絶縁性基板２１は、ＬＥＤチップＡで発生した熱を伝熱させる伝熱板を兼ねている。絶縁性基板２１は、ガラスエポキシ樹脂基板などの有機系基板に比べて熱伝導率の高いものであればよい。したがって、絶縁性基板２１は、窒化アルミニウム基板に限らず、例えば、アルミナ基板や、ホーロー基板、表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板などを採用してもよい。また、導体パターン２７，２８は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成され、最上層がＡｕ膜となっている。
上述の各バンプ３７，３８は、材料としてＡｕを採用している。バンプ３７，３８は、いわゆるスタッドバンプであり、各導体パターン２７，２８の表面上にスタッドバンプ法により形成されている。なお、スタッドバンプ法は、ボールバンプ法とも呼ばれている。ここにおいて、アノード電極７に接合するバンプ３７の個数は特に限定するものではない。しかしながら、ＬＥＤチップＡで発生した熱を効率良く放熱させるために、バンプ３７の数は、多いほうが好ましい。なお、ＬＥＤチップＡの実装時には±５μｍ程度のアライメント精度で位置合わせして超音波で荷重を印加する。しかしながら、上述のようにバンプ３７としてスタッドバンプを採用する場合、バンプ３７におけるアノード電極７との円形状接合面の直径は、導体パターン２７の円形状の接合面の直径よりも小さくなる。また、バンプ３８としてスタッドバンプを採用する場合、バンプ３８におけるカソード電極８との円形状の接合面の直径は、導体パターン２８の円形状の接合面の直径よりも小さくなる。なお、バンプ３７，３８は、めっき法により形成されたバンプでもよい。
上述のＬＥＤチップＡは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板からなる透光性基板１の一表面側として機能する図１（ａ）における下面側にｎ形ＧａＮ層からなるｎ形窒化物半導体層２が形成される。図１（ａ）に示すように、ｎ形窒化物半導体層２は、第１面と等しい下面を有する。そして、ｎ形窒化物半導体層２の下面に量子井戸構造を有する窒化物発光層３が形成される。そして、窒化物発光層３上にｐ形ＧａＮ層からなるｐ形窒化物半導体層４が形成されている。ｐ形窒化物半導体層４は、窒化物半導体層４から見て、ｎ形窒化物半導体層２と反対側に位置する。要するに、ＬＥＤチップＡは、透光性基板１の上記一表面側にｎ形窒化物半導体層２と窒化物発光層３とｐ形窒化物半導体層４との積層構造を有している。なお、ｎ形窒化物半導体層２、窒化物発光層３、およびｐ形窒化物半導体層４は、透光性基板１の上記一表面側にＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜する。したがって、透光性基板１とｎ形窒化物半導体層２との間にバッファ層を適宜設けてもよい。また、ｎ形窒化物半導体層２、窒化物発光層３、およびｐ形窒化物半導体層４の結晶成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するものではない。ｎ形窒化物半導体層２、窒化物発光層３、およびｐ形窒化物半導体層４の結晶成長方法は、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを採用してもよい。また、透光性基板１は、窒化物発光層３から放射される光に対して透明であればよい。すなわち、透光性基板１は、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板などを採用してもよい。
また、ＬＥＤチップＡは、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層３側とは反対側にアノード電極７が形成される。そして、ｎ形窒化物半導体層２における窒化物発光層３の積層側に位置する第１面にカソード電極８が形成されている。ここで、カソード電極８は、次のような工程でｎ型窒化物半導体層２の上に形成される。まず、透光性基板１の上記一表面側へｎ形窒化物半導体層２、窒化物発光層３、ｐ形窒化物半導体層４を順次成長させる第１工程が行われる。第１工程の後に、ｎ形窒化物半導体層２と窒化物発光層３とｐ形窒化物半導体層４との積層膜の所定領域をｐ形窒化物半導体層４の表面側からｎ形窒化物半導体層２の途中までエッチングする第２工程がおこなわれる。第２工程の後に、露出されたｎ形窒化物半導体層２の表面にカソード電極８を形成する第３工程がおこなわれる。このようにして、ｎ形窒化物半導体層２は、第１エリアと第２エリアとを有する。第１エリアは、窒化物半導体層が形成されるエリアである。第２エリアは、カソード電極８が形成されるエリアである。第２エリアは、第１エリアから離間している。
ＬＥＤチップＡにおいて、アノード電極７とカソード電極８との間に順方向バイアス電圧を印加されたとき、アノード電極７からｐ形窒化物半導体層４へホールが注入される。また、アノード電極７とカソード電極８との間に順方向バイアス電圧を印加されたとき、カソード電極８からｎ形窒化物半導体層２へ電子が注入される。窒化物発光層３に注入された電子とホールとは、窒化物発光層３の内部で再結合し、これにより発光する。
上述のｎ形窒化物半導体層２は、透光性基板１上に形成されたｎ形ＧａＮ層で構成されている。しかしながら、ｎ形窒化物半導体層２は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、透光性基板１がサファイア基板の場合には、透光性基板１の上記一表面側にＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層などからなるバッファ層を介して形成されたｎ形ＡｌＧａＮ層と、当該ｎ形ＡｌＧａＮ層上のｎ形ＧａＮ層とで構成してもよい。
また、窒化物発光層３は、ＧａＮ層からなる障壁層によりＩｎＧａＮ層からなる井戸層が挟まれた量子井戸構造を有している。そして、窒化物発光層３の発光ピーク波長が４５０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層の組成を設定している。しかしながら、窒化物発光層３の発光波長（発光ピーク波長）は特に限定するものではない。なお、窒化物発光層３の量子井戸構造は単一量子井戸構造に限らず、多重量子井戸構造でもよい。また、窒化物発光層３は、必ずしも量子井戸構造を有している必要はなく、単層構造でもよい。また、窒化物発光層３の材料も窒化物半導体材料であればよく、所望の発光波長に応じて、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮなどを適宜採用してもよい。
また、ｐ形窒化物半導体層４は、窒化物発光層３上に形成されたｐ形ＧａＮ層で構成されている。しかしながら、ｐ形窒化物半導体層４は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、ｐ形ＡｌＧａＮ層からなる第１のｐ形半導体層と、第１のｐ形半導体層上に形成されたｐ形ＧａＮ層からなる第２のｐ形半導体層とで構成してもよい。
また、アノード電極７は、後述の反射導電膜１１上のＡｕ層と当該Ａｕ層上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有している。そして、最表面側に位置するＡｕ層がｐパッド層を構成している。
また、カソード電極８は、ｎ形窒化物半導体層２上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有している。そして、Ａｕ層がｎパッド層を構成している。ここで、ｎ形窒化物半導体層２上のＴｉ層は、ｎ形窒化物半導体層２に対するオーミックコンタクト層として設けられている。このオーミックコンタクト層の材料は、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などを採用すればよい。
ＬＥＤチップＡは、さらに、透明導電膜９と、反射導電膜１１と、低屈折率誘電体層１０とを有している。低屈折率誘電体層１０は、いわゆる誘電体層である。透明導電膜９と反射導電膜１１と低屈折率誘電体層１０とは、ｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に位置する。透明導電膜９は、ｐ形窒化物半導体層の一面に配置されており、且つ、ｐ形窒化物半導体層から見て窒化物発光層３とは反対側に位置する。透明導電膜９は、ｐ形窒化物半導体層６が有する屈折率よりも小さな屈折率を有するＧＺＯ（ＧａがドープされたＺｎＯ）膜からなる。反射導電膜１１は、透明導電膜９から見てｐ形窒化物半導体層２と反対側に形成されている。したがって、反射導電膜１１は、透明導電膜９とアノードとの間に配置されている。反射導電膜１１は、Ａｇ膜からなり、Ａｇ膜は導電性を有しており且つ窒化物発光層３から放射された光を反射する。低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９と反射導電膜１１との間に位置している。低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９の上に部分的に積層されている。低屈折率誘電体層１０は、ｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さい島状に形成されている。
本実施形態では、透明導電膜９を構成するＧＺＯ膜の膜厚は１０ｎｍに設定されている。しかしながら、この膜厚に限定するものではない。また、本実施形態では、透明導電膜９の材料としてＧＺＯを採用している。しかしながら、透明導電膜９の材料は、例えば、ＧＺＯ、ＡＺＯ（ＡｌをドーピングしたＺｎＯ）、ＩＴＯの群から選択される材料であればよい。これらの群から選択される材料により透明導電膜９が形成されることにより、当該透明導電膜９はｐ形窒化物半導体層６とオーミック接触する。ここにおいて、透明導電膜９をＧＺＯ膜、ＡＺＯ膜、ＩＴＯ膜などにより構成する場合、当該透明導電膜９の形成は、次の工程で行われる。まず、Ｏ2ガスアシストの電子ビーム蒸着法によりＧＺＯ膜、ＡＺＯ膜、ＩＴＯ膜など成膜する。続いて、ＧＺＯ膜、ＡＺＯ膜、ＩＴＯ膜などをＮ2ガスとＯ2ガスとの混合ガス中でアニールする。このような形成方法を採用することにより、透明導電膜９の消衰係数を０．００１程度とすることができる。ここで、透明導電膜９をＧＺＯ膜により構成する場合のアニール条件の一例は、次に示される。Ｎ2ガスとＯ2ガスとの体積比は９５：５。アニール温度は５００℃。アニール時間は５分。しかしながら、透明導電膜９の形成方法および形成条件は上述の例に限らない。しかし、消衰係数ｋが０．００３以下となるように形成方法および形成条件を設定することが好ましい。また、透明導電膜９は、例えば、膜厚が０．１ｎｍのＰｔ膜により構成してもよい。ここで、Ｐｔ膜の膜厚が小さいほど波長４５０ｎｍの光に対する光透過率が高い。一方、膜厚が０．６ｎｍになると、光透過率が９５％程度まで低下してしまう。その結果、０．６ｎｍの厚みを有するＰｔ膜の光反射率は、Ａｇ膜からなる反射導電膜１１の光反射率と同程度の値となってしまう。したがって、透明導電膜９をＰｔ膜により構成する場合の膜厚は０．５ｎｍ以下に設定することが好ましい。
また、本実施形態では、反射導電膜１１を構成するＡｇ膜の膜厚を１００ｎｍに設定している。しかし、この膜厚は特に限定するものではない。Ａｇ膜の膜厚は、例えば、５０ｎｍ～２００ｎｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。また、反射導電膜１１の材料は、Ａｇに限らない。反射導電膜１１の材料は、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。ただし、反射導電膜１１の材料は、ＡｌよりもＡｇのほうが好ましい。Ａｇの反射導電膜１１は、Ａｌの反射導電膜よりも、窒化物発光層３から放射される光（紫外線～可視光）の反射率が高いためである。
また、低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９上のＳｉＯ2層１０ａと、当該ＳｉＯ2層１０ａ上のＺｒＯ2層１０ｂとで構成されている。低屈折率誘電体層１０は、ＳｉＯ2層１０ａとＺｒＯ2層１０ｂとを少なくとも一層ずつ備えていればよい。しかし、低屈折率誘電体層１０は、例えば、ＳｉＯ2層とＺｒＯ2層とＳｉＯ2層との積層膜で構成してもよい。また、低屈折率誘電体層１０は、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3の群から選択される１つの材料により形成された単層膜により構成してもよい。上述の積層膜、単層膜のいずれの場合においても、低屈折率誘電体層１０の消衰係数が略０となる。したがって、低屈折率誘電体層１０での光の吸収損失の発生は抑制される。なお、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2それぞれの屈折率は、１．４６、１．９７である。Ａｌ2Ｏ3の屈折率は、１．７～１．９程度、Ｙ2Ｏ3の屈折率は１．８～２．０程度である。また、低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９よりも屈折率が小さな材料に限られない。低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９が有する屈折率よりも大きい屈折率を有する材料でもよい。このような材料は、例えば、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5などが例示される。ただし、低屈折率誘電体層１０の材料は、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5が有する屈折率よりも低い屈折率を有するＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3のほうが好ましい。ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3でできた低屈折率誘電体層１０のほうが、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5でできた低屈折率誘電体層１０よりも高い反射率を有するためである。
ここで、低屈折率誘電体層１０の条件を以下のようにして、低屈折率誘電体層１０の反射率の入射角依存性についてシミュレーションした。低屈折率誘電体層１０の材料は、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5のいずれか１つとした。低屈折率誘電体層１０の屈折率をｎとした。窒化物発光層３の発光波長をλ（ｎｍ）とした。低屈折率誘電体層１０の厚さをλ／４ｎの整数倍の値で種々変化させ、これにより低屈折率誘電体層１０の反射率の入射角依存性についてシミュレーションした。その結果、低屈折率誘電体層１０の厚さを窒化物発光層３の発光波長の光学波長（λ／ｎ）の４分の５倍以上の値に設定したとき、エバネッセント光に起因して特定の入射角における反射率が低下するのを防止できることが確認された。すなわち、低屈折率誘電体層１０の厚さを窒化物発光層３の発光波長の光学波長（λ／ｎ）の４分の５倍以上の値に設定したとき、光取り出し効率を向上できることが確認された。また、低屈折率誘電体層１０を上述のようにＳｉＯ2層１０ａとＺｒＯ2層１０ｂとの積層膜により構成する場合には、ＳｉＯ2層１０ａの厚さをｔ１、屈折率をｎ１とし、ＺｒＯ2層１０ｂの厚さをｔ２、屈折率をｎ２として、（ｔ１・λ／４ｎ１＋ｔ２・λ／４ｎ２）≧（５／４）・λの条件を満たすように、ｔ１，ｔ２を設定すればよい。本実施形態では、低屈折率誘電体層１０の内部応力が０となるようにｔ１＝３１．１ｎｍ、ｔ２＝１５９．１ｎｍとしてある。要するに、低屈折率誘電体層１０を上述の積層膜により構成する場合には、ＳｉＯ2層１０ａ、ＺｒＯ2層１０ｂそれぞれの膜厚を適宜設定することにより、反射率を高めることができる。加えて、低屈折率誘電体層１０を上述の積層膜により構成する場合には、ＳｉＯ2層１０ａ、ＺｒＯ2層１０ｂそれぞれの膜厚を適宜設定することにより、低屈折率誘電体層１０の内部応力を緩和できる。その結果、低屈折率誘電体層１０と透明導電膜９との密着性を向上できる。
また、ＬＥＤチップＡは、透光性基板１の平面視形状が矩形状（ここでは、正方形状）である。言い換えると、ＬＥＤチップＡの厚み方向に垂直な方向に沿った透光性基板１の形状は、矩形状（ここでは、正方形）である。アノード電極７の平面視形状は透光性基板１よりもやや小さな矩形（ここでは、正方形）の４つの角部のうちの１つの角部に矩形状の切欠部を設けた形状にされている。言い換えると、ＬＥＤチップＡの厚み方向に垂直な方向に沿ったアノード電極７の一面は、透光性基盤１よりもやや小さい矩形（ここでは正方形）である。そして、アノード電極７の４つの角部のうちの一つの角部は、矩形状の切り欠きが形成されている。カソード電極８の平面視形状はアノード電極７の切欠部に収まる矩形状の形状を有している。言い換えると、カソード電極８は、ＬＥＤチップＡの厚み方向に垂直な面に沿った一面を有している。カソード電極８は、アノード電極の切り欠き部分に位置するように設定された面積を有する一面を持つ。そして、アノード電極７の平面積をカソード電極８の平面積よりも大きくしてある。言い換えると、アノード電極７の一面は、カソード電極８の一面よりも大きい。なお、アノード電極７およびカソード電極８それぞれの形状は特に限定するものではない。
また、ＬＥＤチップＡは、島状の低屈折率誘電体層１０が透明導電膜９上に複数形成されている。各低屈折率誘電体層１０それぞれの平面視形状が円形状である。言い換えると、低屈折率誘電体層１０は、ＬＥＤチップの厚み方向に垂直な円形状の断面を有している。したがって、各低屈折率誘電体層１０それぞれについて、低屈折率誘電体層１０の中心から外周線の各位置までの距離が略等しい。その結果、反射導電膜１１は、低屈折率誘電体層１０の全周を囲んでいる部分を有している。これにより、低屈折率誘電体層１０の全周を囲んでいる反射導電膜１１の前記部分の電流密度の均一性が高められる。なお、低屈折率誘電体層１０の平面視形状は、円形状が好ましいが、角が６つ以上の正多角形状の平面視形状でもよく、角の数が多く円形に近い方がより望ましい。
また、本実施形態におけるＬＥＤチップＡは、複数（多数）の低屈折率誘電体層１０が透明導電膜９上で２次元アレイ状に配列されている。しかし、低屈折率誘電体層１０の平面積を透明導電膜９の平面積の７０％以下とすることが好ましい。この場合、低屈折率誘電体層１０を設けたことによる動作電圧（順方向電圧）の上昇を抑制され、且つ光取り出し効率が向上される。ここにおいて、低屈折率誘電体層１０の平面視形状は上述のように円形状であり、直径を５μｍに設定してある。しかし、この数値は一例であって、特に限定するものではない。
ところで、本実施形態におけるＬＥＤチップＡは、透明導電膜９においてアノード電極７に接合される各バンプ３７それぞれに重なる領域よりもやや大きな領域である第１領域１２に、低屈折率誘電体層１０が形成されていない。また、ｐ形窒化物半導体層４においてアノード電極７に接合される各バンプ３７それぞれに重なる領域よりもやや大きな領域である第１領域１２に、低屈折率誘電体層１０が形成されていない。言い換えると、透明導電膜９は、第１領域１２を有している。透明導電膜９の第１領域１２は、透明導電膜の厚み方向に垂直な面で定義される。言い換えると、透明導電膜９の第１領域１２は、ｐ形窒化物半導体層４の厚み方向に垂直な面で定義される。透明導電膜９は、ｐ形窒化物半導体層４上に設けられている。したがって、ｐ形窒化物半導体層４も、第１領域１２を有する。ｐ形窒化物半導体層４の第１領域１２は、ｐ形窒化物半導体層の厚み方向に垂直な面で定義される。透明導電膜９及びｐ形窒化物半導体層４の各第１領域１２の面は、透明導電膜及びｐ形窒化物半導体層４の厚み方向において、バンプ３７と重複する。この第１領域１２は、透明導電膜９の厚み方向に垂直な面に沿ったバンプ３７の面積よりも大きく設定されている。ここにおいて、ＬＥＤチップＡは、第１領域１２の平面視形状が円形状である。アノード電極７と接合される各バンプ３７それぞれの投影領域が第１領域１２内にある。言い換えると、アノード電極７と接合される各バンプ３７の全外周は、前記第１領域１２の面の外周の内側に位置する。しかしながら、第１領域１２は、少なくとも各バンプ３７それぞれに、透明導電膜９の厚み方向において重なる領域であればよい。なお、第１領域１２の平面視形状は、その周囲を囲んでいる低屈折率誘電体層１０により規定される。また、本実施形態では、アノード電極７に接合される各バンプ３７の断面の直径を８０μｍに設定してあり、第１領域１２の直径を１００μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。
以上説明した本実施形態の発光装置は、透明導電膜９と、反射導電膜１１と、複数の島状の低屈折率誘電体層１０とを有している。透明導電膜９は、ＬＥＤチップＡにおけるｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に位置する。透明導電膜９は、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層３側とは反対側に積層されている。透明導電膜９は、ｐ形窒化物半導体層４が有する屈折率よりも小さい屈折率を有する。反射導電膜１１は、透明導電膜９におけるｐ形窒化物半導体層４側とは反対側に形成されている。反射導電膜１１は、導電性を有するとともに窒化物発光層３から放射された光を反射する。低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９と反射導電膜１１との間で透明導電膜９上に部分的に積層されている。低屈折率誘電体層１０は、ｐ形窒化物半導体層４が有する屈折率よりも小さい屈折率を有する。したがって、光取り出し効率が高いＬＥＤチップＡが得られる。しかも、透明導電膜９は、第１領域１２を有している。第１領域は、各バンプ３７と、透明導電膜９の厚み方向に置いて重複している。第１領域１２には、低屈折率誘電体層１０が形成されていない。この構成により、ＬＥＤチップＡと実装基板２０との間の熱抵抗は低減される。その結果、ＬＥＤチップＡの放熱性が向上される。そして、ＬＥＤチップＡの駆動電流が増大される。また、ＬＥＤチップＡの駆動電流が増大される。
また、本実施形態の発光装置では、上述の第１領域１２の平面視形状が円形状である。アノード電極７と接合される各バンプ３７それぞれの投影領域が第１領域１２内にある。したがって、第１領域１２の平面視形状が矩形状である場合に比べて低屈折率誘電体層１０の配置密度を高めることができる。その結果、ＬＥＤチップＡの光取り出し効率が高められる。
なお、図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップＡの各低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９上で単位格子が正方形の仮想的な２次元正方格子の各格子点に対応する各部位に配置されている。しかし、各低屈折率誘電体層１０は、透明導電膜９上で単位格子が正三角形の仮想的な２次元三角格子の各格子点に対応する各部位に配置されることも好ましい。この場合、隣り合う低屈折率誘電体層１０間の距離を等しくすることができる。その結果、電流密度の均一性を高めることができ、発光効率のより一層の向上を図れる。
また、図１（ａ）の発光装置において、透明導電膜９および反射導電膜１１をなくして、ＬＥＤチップＡにおけるｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層５側とは反対側に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな複数の島状の低屈折率誘電体層１０を有した構造としてもよい。この場合、ｐ形窒化物半導体層４において少なくとも各バンプ３７それぞれに対して、ｐ形窒化物半導体層の厚み方向において重なる領域を低屈折率誘電体層１０の第１領域１２とされる。このような構造の発光装置においても、ＬＥＤチップＡの光取り出し効率を高めることができる。しかも、ＬＥＤチップＡのｐ形窒化物半導体層４において少なくとも各バンプ３７それぞれに重なる領域を低屈折率誘電体層１０の第１領域１２としてある。よって、ＬＥＤチップＡと実装基板２０との間の熱抵抗を小さくできて放熱性を向上できて発光効率の向上を図れる。
（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図２に示すように、ＬＥＤチップＡにおいて、透明導電膜９と反射導電膜１１との間で、透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな低屈折率誘電体層１０が複数ではなく単数となっている点が相違するだけである。ここにおいて、本実施形態における低屈折率誘電体層１０は、少なくとも各バンプ３７それぞれに対応する各部位に各バンプ３７の投影領域よりも開口サイズの大きな円形状の開口部が形成されている。言い換えると、低屈折率誘電体層１０は、バンプ３７の厚み方向に垂直な断面のサイズよりも開口サイズの大きな円形状の開口部が形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図２に示すように、ＬＥＤチップＡにおいて、透明導電膜９と反射導電膜１１との間で、透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな低屈折率誘電体層１０が複数ではなく単数となっている点が相違するだけである。ここにおいて、本実施形態における低屈折率誘電体層１０は、少なくとも各バンプ３７それぞれに対応する各部位に各バンプ３７の投影領域よりも開口サイズの大きな円形状の開口部が形成されている。言い換えると、低屈折率誘電体層１０は、バンプ３７の厚み方向に垂直な断面のサイズよりも開口サイズの大きな円形状の開口部が形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
しかして、本実施形態の発光装置によれば、ＬＥＤチップＡにおけるｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層３側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな透明導電膜９と、透明導電膜９におけるｐ形窒化物半導体層４側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層３から放射された光を反射する反射導電膜１１と、透明導電膜９と反射導電膜１１との間で透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな単数の低屈折率誘電体層１０とを有していることにより、ＬＥＤチップＡの光取り出し効率を高めることができ、しかも、ＬＥＤチップＡの透明導電膜９において少なくとも各バンプ３７それぞれに重なる領域を低屈折率誘電体層１０の第１領域１２としてあるので、ＬＥＤチップＡと実装基板２０との間の熱抵抗を小さくできて放熱性を向上できて駆動電流の増大を図れるとともに発光効率の向上を図れる。
また、図２（ａ）の発光装置において、透明導電膜９および反射導電膜１１をなくして、ＬＥＤチップＡにおけるｐ形窒化物半導体層４とアノード電極７との間に、ｐ形窒化物半導体層４における窒化物発光層５側とは反対側に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな単数の低屈折率誘電体層１０を有した構造とし、ｐ形窒化物半導体層４において少なくとも各バンプ３７それぞれに重なる領域を低屈折率誘電体層１０の第１領域１２としてもよく、このような構造の発光装置においても、ＬＥＤチップＡの光取り出し効率を高めることができ、しかも、ＬＥＤチップＡのｐ形窒化物半導体層４において少なくとも各バンプ３７それぞれに重なる領域を低屈折率誘電体層１０の第１領域１２としてあるので、ＬＥＤチップＡと実装基板２０との間の熱抵抗を小さくできて放熱性を向上できて発光効率の向上を図れる。
また、上述の各実施形態では、ＬＥＤチップＡの発光色を青色光としてあるが、ＬＥＤチップＡの発光色は青色光に限らず、緑色光、赤色光、紫色光、紫外光などでもよい。
また、上述の各実施形態の発光装置において、ＬＥＤチップＡから放射される光によって励起されてＬＥＤチップＡよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップＡを囲む形で実装基板２０に固着されるドーム状の色変換部材（図示せず）を設けるようにしてもよい。この場合の上記色変換部材の材料として用いる透光性材料として、例えば、シリコーン樹脂を用いればよいが、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよく、ガラスを採用すれば、シリコーン樹脂を採用している場合に比べて、上記色変換部材の熱伝導性が向上するので、蛍光体の温度上昇をより抑制できて光束を向上させることができ、しかも、水蒸気やＮＯxなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上するとともに、蛍光体の吸湿劣化を抑制でき、信頼性および耐久性が向上する。また、上記色変換部材の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体として黄色蛍光体を採用しているが、黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。
Claims (3)
- ＬＥＤチップと実装基板とを有する発光装置であって、
前記ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層と、窒化物発光層と、ｐ形窒化物半導体層と、アノード電極と、カソード電極とを有しており、
前記ｎ形窒化物半導体層は、第１面を有しており、
前記窒化物発光層は、前記ｎ形窒化物半導体層の前記第１面上に設けられており、
前記ｐ形窒化物半導体層は、前記窒化物発光層上に設けられており、
前記アノード電極は、前記ｐ形窒化物半導体層から見て、前記窒化物発光層と反対側に位置しており、
前記カソード電極は、前記ｎ形窒化物半導体層の前記第１面上に設けられており、
前記実装基板は、前記ＬＥＤチップを実装しており、
前記実装基板は、導体パターンを有しており、前記導体パターンは、前記カソード電極及び前記アノード電極と、バンプを介して接合されており、
前記ＬＥＤチップは、誘電体層を有しており、前記誘電体層は、前記ｐ形窒化物半導体層が有する屈折率よりも小さい屈折率を有しており、少なくとも１つ以上の島状に形成されており、且つ、前記ｐ形窒化物半導体層と前記アノード電極との間に位置しており、
前記ｐ形窒化物半導体層は、前記バンプと重複する第１領域を有しており、
前記誘電体層は、前記第１領域と重複していないことを特徴とする発光装置。 - 前記ＬＥＤチップは、さらに、透明導電膜と、反射導電膜とを有しており、
前記透明導電膜は、前記ｐ形窒化物半導体層と前記アノード電極との間に配置されており、且つ、前記ｐ形窒化物半導体層が有する屈折率よりも小さい屈折率を有しており、
前記反射導電膜は、前記透明導電膜と前記アノード電極との間に配置されており、
前記誘電体層は、前記透明導電膜の上に部分的に配置されるように、少なくとも１つ以上の島状に形成されており、且つ、前記透明導電膜と前記反射導電膜との間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - 前記第１領域は、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向に垂直な面であり、前記面は、円形状であり、
前記第１領域は、前記ｐ形窒化物半導体層の厚み方向において、前記バンプと重複することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
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