WO2018088301A1 - Ultraviolet emitting diode - Google Patents
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Abstract
Provided is an ultraviolet emitting diode in which an ultraviolet emitting diode chip is bonded onto a support substrate via a bonding layer. The ultraviolet emitting diode is characterized in that the ultraviolet emitting diode chip has light emitting wavelengths of from 210 to 350 nm, and that a side surface with respect to a laminated surface of the ultraviolet emitting diode chip is coated with an insulating material having a reflectance of not less than 50% with respect to the light emitting wavelengths.
Description
本発明は、紫外発光ダイオードパッケージおよびモジュールに適用可能な紫外発光ダイオード構造に関する。
The present invention relates to an ultraviolet light emitting diode structure applicable to an ultraviolet light emitting diode package and a module.
発光波長が３５０ｎｍよりも短い深紫外光を放射する紫外発光ダイオードは、殺菌、樹脂硬化の促進、各種検査用光源など幅広い分野での応用が期待されている。このような紫外発光ダイオードは、サファイアや単結晶窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板上にIII族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１）を形成することにより製造されており（例えば非特許文献１～４参照）、近年、結晶欠陥の低減などにより、１０％を超える発光効率が達成されるなど、世界中で精力的に研究開発が行われている。また、上記の用途で用いられる紫外発光ダイオードには、各用途において求められる波長に発光波長が制御されていることに加えて、発光出力が高く、かつ長期間の使用における発光出力の低下や動作電圧の上昇などの特性変動が少ないことが求められる。このような特性を実現するためには、発光ダイオードチッップ自体の特性向上に加えて、パッケージを構成する発光ダイオードの周辺部材の改良によって、放熱特性や光取り出し効率を改善する必要がある。
Ultraviolet light emitting diodes that emit deep ultraviolet light having an emission wavelength shorter than 350 nm are expected to be applied in a wide range of fields such as sterilization, acceleration of resin curing, and various inspection light sources. Such an ultraviolet light-emitting diode has a group III nitride semiconductor (Al x Ga y In z N (X + Y + Z = 1, 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, on a sapphire or single crystal aluminum nitride (AlN) substrate). 0 ≦ Z ≦ 1) (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 4), and in recent years, luminous efficiency exceeding 10% has been achieved by reducing crystal defects, etc. In addition, the ultraviolet light emitting diodes used in the above applications have a high emission output in addition to the emission wavelength being controlled to the wavelength required for each application. There is a need for small fluctuations in characteristics such as a decrease in light emission output and an increase in operating voltage during long-term use.To achieve such characteristics, in addition to improving the characteristics of the light-emitting diode chip itself, By improving the peripheral members of the light-emitting diode constituting the cage, there is a need to improve the heat radiation characteristic and light extraction efficiency.
既に実用化が進んでいる近紫外や可視発光ダイオードでは、発光ダイオードチップの放熱特性を改善するため、発光波長に対して透明な樹脂を、発光ダイオードチップとパッケージ基板の間、および発光ダイオードチップの側面に充填する技術、すなわちアンダーフィルが一般的に用いられている。また別の構造として、発光ダイオードチップ全体を樹脂で封止する構造が挙げられる。この構造では、発光ダイオードチップ全体を樹脂で覆うため、上述したアンダーフィルによる放熱特性の向上、すなわち発光ダイオードチップとパッケージ基板との熱抵抗の低減に加えて、発光ダイオードチップと空気の屈折率差を緩和させる効果が得られるため、発光ダイオードチップ表面での全反射が抑制され、発光ダイオードチップ内で発生した光を効率よく外部に取り出せるようになる。さらに封止樹脂の形状を半球状にするなどの工夫によって、樹脂と空気界面での全反射も抑制され、より外部への光取り出し効率が改善されるような設計も開示されている（例えば、特許文献１～３参照）。このようなパッケージ構造上の工夫によって、近紫外～可視発光ダイオードでは、高い光取り出し効率が実現され、結果として高い発光効率が実現されている。
In near-ultraviolet and visible light emitting diodes that are already in practical use, in order to improve the heat dissipation characteristics of the light emitting diode chip, a resin that is transparent to the light emitting wavelength is used between the light emitting diode chip and the package substrate, and A technique for filling the side surface, that is, underfill is generally used. Another structure includes a structure in which the entire light emitting diode chip is sealed with resin. In this structure, since the entire light emitting diode chip is covered with resin, the heat dissipation characteristics are improved by the underfill described above, that is, the thermal resistance between the light emitting diode chip and the package substrate is reduced, and the refractive index difference between the light emitting diode chip and the air is reduced. Therefore, total reflection on the surface of the light-emitting diode chip is suppressed, and light generated in the light-emitting diode chip can be efficiently extracted to the outside. Further, by designing the sealing resin into a hemispherical shape, total reflection at the resin and air interface is also suppressed, and a design that further improves the light extraction efficiency to the outside is disclosed (for example, (See Patent Documents 1 to 3). With such a device structure, high near-ultraviolet to visible light emitting diodes achieve high light extraction efficiency, and as a result, high light emission efficiency is realized.
しかしながら、波長が３５０ｎｍ、特に３００ｎｍよりも短くなると、一般的な樹脂材料の透過性が著しく低下してしまうため、すなわち封止樹脂で紫外光が吸収されてしまうため、近紫外～可視発光ダイオードで採用されているような樹脂を用いたアンダーフィルや封止構造を採用することが困難になる。例えば、上述の特許文献１～２の構造を、発光波長が３００ｎｍ以下の発光ダイオードに適用した場合、発光ダイオードチップが樹脂材料に覆われているため、放熱特性の向上効果は得られるものの、樹脂中での光吸収によって、初期の発光出力の低下が起こることに加えて、樹脂での紫外光の吸収と発光ダイオードチップでの発熱の影響によって、封止樹脂中にクラックが発生してしまい、数十時間という極短時間の使用で発光出力が急速に低下する現象が本願発明者らによって確認された。
However, when the wavelength is shorter than 350 nm, particularly less than 300 nm, the transmittance of a general resin material is significantly reduced, that is, ultraviolet light is absorbed by the sealing resin. It becomes difficult to employ an underfill or sealing structure using a resin as employed. For example, when the structures of Patent Documents 1 and 2 described above are applied to a light emitting diode having an emission wavelength of 300 nm or less, the light emitting diode chip is covered with a resin material. In addition to the decrease in the initial light emission output due to light absorption in the inside, cracks occur in the sealing resin due to the absorption of ultraviolet light in the resin and the effect of heat generation in the light emitting diode chip, The inventors of the present application have confirmed that the light emission output rapidly decreases after a very short period of use of several tens of hours.
また、発光波長が３００ｎｍ以下の紫外発光ダイオードにアンダーフィル材のみを使用した場合、紫外発光ダイオードチップと支持基板との接合界面の空隙、および紫外発光ダイオードチップの側面がアンダーフィル材で充填・被覆され、かつ光放出面には樹脂が存在しない構造の紫外発光ダイオードを製造することができる。この場合、全体を樹脂で封止した構造に比べて発光出力の低下割合は小さいものの、発光ダイオードチップの側面から放出される紫外光が、チップ側面を被覆するアンダーフィル材によって吸収されることによって、やはり発光出力の低下が起こることが本願発明者らによって確認された。また、アンダーフィル材のみを使用した構造においても、長期間の使用においては、上述の封止樹脂と同様に、紫外光の吸収により使用中のクラックの発生などが起こることが予想される。
In addition, when only an underfill material is used for an ultraviolet light emitting diode having an emission wavelength of 300 nm or less, the gap at the bonding interface between the ultraviolet light emitting diode chip and the support substrate and the side surface of the ultraviolet light emitting diode chip are filled and covered with the underfill material. In addition, an ultraviolet light emitting diode having a structure in which no resin is present on the light emission surface can be manufactured. In this case, although the decrease rate of the light emission output is small compared to the structure sealed with resin as a whole, the ultraviolet light emitted from the side surface of the light emitting diode chip is absorbed by the underfill material covering the side surface of the chip. It has been confirmed by the inventors of the present invention that the light emission output is lowered. Further, even in a structure using only an underfill material, it is expected that cracks during use occur due to absorption of ultraviolet light in the long-term use, similar to the above-described sealing resin.
従って、本発明の目的は、紫外発光ダイオードチップの放熱性を高め、かつ光吸収による出力の低下や劣化が抑制された紫外発光ダイオードを提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultraviolet light-emitting diode in which the heat dissipation of the ultraviolet light-emitting diode chip is enhanced and the decrease or deterioration of output due to light absorption is suppressed.
本発明者らは、紫外発光ダイオードにアンダーフィル材のみを使用した構造における上記課題を解決するため、発光ダイオードチップの側面から放出される紫外光のアンダーフィル材による吸収を抑制するために該側面を被覆する材料について鋭意検討を行った。その結果、公知の樹脂製アンダーフィル材料の替りに、絶縁性を有する反射材料が、高い放熱特性を有するともに、長時間の紫外光暴露による劣化が少ないという知見を得た。この知見を基に、発光ダイオードチップの側面を該反射材料で被覆することで、発光ダイオードチップの側面から放出される紫外光の吸収を抑制し、かつ発光ダイオードチップ内部へ反射することによって、初期の光出力の低下を抑制できるとともに、発光ダイオードの放熱特性を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。
In order to solve the above-described problem in the structure using only the underfill material for the ultraviolet light emitting diode, the present inventors have made the side surface to suppress absorption of the ultraviolet light emitted from the side surface of the light emitting diode chip by the underfill material. The material which coat | covers was investigated earnestly. As a result, it has been found that, instead of the known resin underfill material, the reflective material having an insulating property has high heat dissipation characteristics and little deterioration due to long-time exposure to ultraviolet light. Based on this knowledge, the side surface of the light-emitting diode chip is coated with the reflective material, thereby suppressing the absorption of ultraviolet light emitted from the side surface of the light-emitting diode chip and reflecting the light into the light-emitting diode chip. The present inventors have found that the decrease in the light output can be suppressed and the heat dissipation characteristics of the light emitting diode can be improved, and the present invention has been completed.
すなわち、第一の本発明は、支持基板上に接合層を介して紫外発光ダイオードチップが接合された紫外発光ダイオードであって、前記紫外発光ダイオードチップの発光波長が２１０～３５０ｎｍであり、前記紫外発光ダイオードチップの積層面に対する側面が、前記発光波長に対する反射率が５０％以上の絶縁材料にて被覆されていることを特徴とする紫外発光ダイオードである。
That is, the first aspect of the present invention is an ultraviolet light emitting diode in which an ultraviolet light emitting diode chip is bonded to a support substrate via a bonding layer, the light emitting wavelength of the ultraviolet light emitting diode chip being 210 to 350 nm, The ultraviolet light emitting diode is characterized in that a side surface of the light emitting diode chip with respect to the laminated surface is coated with an insulating material having a reflectance of 50% or more with respect to the emission wavelength.
上記第一の本発明において、前記絶縁材料は、無機材料からなることが好ましく、特に無機材料として窒化ホウ素（ＢＮ）を含んでいることが好ましい。
In the first aspect of the present invention, the insulating material is preferably made of an inorganic material, and particularly preferably contains boron nitride (BN) as the inorganic material.
また、第二の本発明は、本発明の紫外発光ダイオード構造を含む紫外発光ダイオードパッケージまたはモジュールである。
The second aspect of the present invention is an ultraviolet light emitting diode package or module including the ultraviolet light emitting diode structure of the present invention.
本発明によれば、発光波長に対して、高い反射率を有する絶縁材料で紫外発光ダイオードチップの側面を覆うため、被覆材での紫外光吸収による出力低下、及び該被覆材の紫外光による劣化が抑制されているため、長時間の使用においても光出力の低下を抑制することができる。さらに、上記絶縁材料は放熱特性に優れているため、紫外発光ダイオードにアンダーフィル材のみを使用した構造と同等以上の放熱特性を有する紫外発光ダイオードを製造することが可能となる。
According to the present invention, since the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip is covered with an insulating material having a high reflectance with respect to the emission wavelength, a decrease in output due to absorption of ultraviolet light in the coating material, and deterioration of the coating material due to ultraviolet light Therefore, a decrease in light output can be suppressed even when used for a long time. Furthermore, since the insulating material is excellent in heat dissipation characteristics, it is possible to manufacture an ultraviolet light emitting diode having heat dissipation characteristics equivalent to or better than a structure using only an underfill material for the ultraviolet light emitting diode.
（発光ダイオードの構造）
本発明の紫外発光ダイオードは、発光波長が２１０～３５０ｎｍである発光ダイオードチップの側面、すなわち、支持基板上に接合層を介して紫外発光ダイオードチップが接合された紫外発光ダイオードにおける、紫外発光ダイオードチップの積層面に対する側面（以下、単に「発光ダイオードチップの側面」とも言う）が、発光波長に対する反射率が５０％以上の絶縁材料にて被覆されていることが特徴である。上述のとおり、発光波長に対して、高い反射率を有する絶縁材料で紫外発光ダイオードチップの側面を覆うため、被覆材での紫外光吸収による出力低下、及び該被覆材の紫外光による劣化を抑制することができる。さらに、上記絶縁材料は放熱特性に優れているため、紫外発光ダイオードチップの放熱特性を、絶縁材料を用いない場合に比べて改善することが可能となる。 (Light-emitting diode structure)
The ultraviolet light emitting diode of the present invention is a side surface of a light emitting diode chip having an emission wavelength of 210 to 350 nm, that is, an ultraviolet light emitting diode chip in an ultraviolet light emitting diode in which an ultraviolet light emitting diode chip is bonded to a support substrate via a bonding layer. A feature is that a side surface (hereinafter, also simply referred to as a “side surface of a light-emitting diode chip”) with respect to the laminated surface is covered with an insulating material having a reflectance of 50% or more with respect to the emission wavelength. As described above, the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip is covered with an insulating material having a high reflectivity with respect to the emission wavelength, so that a reduction in output due to absorption of ultraviolet light in the coating material and deterioration of the coating material due to ultraviolet light are suppressed. can do. Furthermore, since the insulating material has excellent heat dissipation characteristics, it is possible to improve the heat dissipation characteristics of the ultraviolet light emitting diode chip compared to the case where no insulating material is used.
本発明の紫外発光ダイオードは、発光波長が２１０～３５０ｎｍである発光ダイオードチップの側面、すなわち、支持基板上に接合層を介して紫外発光ダイオードチップが接合された紫外発光ダイオードにおける、紫外発光ダイオードチップの積層面に対する側面（以下、単に「発光ダイオードチップの側面」とも言う）が、発光波長に対する反射率が５０％以上の絶縁材料にて被覆されていることが特徴である。上述のとおり、発光波長に対して、高い反射率を有する絶縁材料で紫外発光ダイオードチップの側面を覆うため、被覆材での紫外光吸収による出力低下、及び該被覆材の紫外光による劣化を抑制することができる。さらに、上記絶縁材料は放熱特性に優れているため、紫外発光ダイオードチップの放熱特性を、絶縁材料を用いない場合に比べて改善することが可能となる。 (Light-emitting diode structure)
The ultraviolet light emitting diode of the present invention is a side surface of a light emitting diode chip having an emission wavelength of 210 to 350 nm, that is, an ultraviolet light emitting diode chip in an ultraviolet light emitting diode in which an ultraviolet light emitting diode chip is bonded to a support substrate via a bonding layer. A feature is that a side surface (hereinafter, also simply referred to as a “side surface of a light-emitting diode chip”) with respect to the laminated surface is covered with an insulating material having a reflectance of 50% or more with respect to the emission wavelength. As described above, the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip is covered with an insulating material having a high reflectivity with respect to the emission wavelength, so that a reduction in output due to absorption of ultraviolet light in the coating material and deterioration of the coating material due to ultraviolet light are suppressed. can do. Furthermore, since the insulating material has excellent heat dissipation characteristics, it is possible to improve the heat dissipation characteristics of the ultraviolet light emitting diode chip compared to the case where no insulating material is used.
以下、図面を用いて本発明について説明する。図１及び図２には本発明の実施形態の一つである発光ダイオード１０の構造を示している。図１は電極が同一面側に形成されているフリップチップタイプ、図２は電極が紫外発光ダイオードチップ３の上下面に形成された縦型発光ダイオードの構造を示す概略図である。図１では、紫外発光ダイオードチップ３が支持基板６上に、接合層７を介して接合されており、紫外発光ダイオードチップ３の側面が絶縁材料８で被覆されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a structure of a light emitting diode 10 which is one embodiment of the present invention. 1 is a flip chip type in which electrodes are formed on the same surface side, and FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a vertical light emitting diode in which electrodes are formed on the upper and lower surfaces of an ultraviolet light emitting diode chip 3. In FIG. 1, the ultraviolet light emitting diode chip 3 is bonded to the support substrate 6 via the bonding layer 7, and the side surface of the ultraviolet light emitting diode chip 3 is covered with the insulating material 8.
本発明の紫外発光ダイオード１０は、発光波長が２１０～３５０ｎｍの紫外光を放射する紫外発光ダイオードチップ３を備えている。紫外発光ダイオードチップ３は、単結晶基板上にIII族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１）からなるｎ型層、活性層、ｐ型層が順に形成された積層構造体１と、ｎ型およびｐ型層に接続する電極２が形成されてなる。
The ultraviolet light emitting diode 10 of the present invention includes an ultraviolet light emitting diode chip 3 that emits ultraviolet light having an emission wavelength of 210 to 350 nm. Ultraviolet light-emitting diode chip 3 is made of a III group nitride semiconductor on a single crystal substrate (Al X Ga Y In Z N (X + Y + Z = 1,0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ Z ≦ 1) A laminated structure 1 in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are sequentially formed, and an electrode 2 connected to the n-type and p-type layers are formed.
単結晶基板には、単結晶ＡｌＮ、サファイアなど、III族窒化物による紫外発光素子に用いられる公知の材料を使用することができる。サファイアを単結晶基板に用いる場合は、例えば非特許文献１または２に記載されたような発光ダイオードを用いることができる。また、ＡｌＮを単結晶基板に用いる場合には、非特許文献３または４に記載の構造の紫外発光ダイオードを用いることができる。
For the single crystal substrate, a known material used for an ultraviolet light emitting element made of a group III nitride such as single crystal AlN or sapphire can be used. When sapphire is used for a single crystal substrate, for example, a light emitting diode described in Non-Patent Document 1 or 2 can be used. When AlN is used for a single crystal substrate, an ultraviolet light emitting diode having a structure described in Non-Patent Document 3 or 4 can be used.
これらの単結晶基板の材料としては、III族窒化物半導体中の欠陥密度を低減し、高い発光出力を得られるという点で単結晶ＡｌＮを用いることが好ましい。単結晶ＡｌＮ基板中の転位密度は、転位による発光効率の低下を抑制するのに十分な低さであることが望ましく、好ましくは１０6ｃｍ-2以下、更に好ましくは１０5ｃｍ-2以下である。
As a material for these single crystal substrates, it is preferable to use single crystal AlN in that the defect density in the group III nitride semiconductor is reduced and a high light emission output can be obtained. The dislocation density in the single crystal AlN substrate is desirably low enough to suppress a decrease in light emission efficiency due to the dislocation, and is preferably 10 6 cm −2 or less, more preferably 10 5 cm −2 or less. is there.
単結晶基板上に形成されるIII族窒化物半導体（ＡｌXＧａYＩｎZＮ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｚ≦１）からなる積層構造体１は、本発明の発光波長２１０～３５０ｎｍを実現できる構造であれば、特に限定されるものではなく、上述した非特許文献１～４の構造を参考にすればよい。このようなIII族窒化物半導体層は、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などの公知の結晶成長方法によって製造することができるが、生産性を考慮すると、ＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
A laminated structure 1 made of a group III nitride semiconductor (Al X Ga Y In Z N (X + Y + Z = 1, 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z ≦ 1)) formed on a single crystal substrate The structure is not particularly limited as long as the light emission wavelength of 210 to 350 nm of the present invention can be realized, and the structure of Non-Patent Documents 1 to 4 described above may be referred to. The semiconductor layer can be manufactured by a known crystal growth method such as an MOCVD method or an MBE method, but it is preferable to use the MOCVD method in consideration of productivity.
また、ｎ型層を露出するためのパターニングおよびエッチングは、公知のフォトリソグラフィー技術およびＩＣＰエッチング法により行うことができる。
Also, patterning and etching for exposing the n-type layer can be performed by a known photolithography technique and ICP etching method.
ｎ型およびｐ型層に接続する電極２は、ｎ型およびｐ型層上に、公知のフォトリソグラフィー技術によって、所望のパターンになるように形成されている。ｎ型層と接する電極材料は、特に制限されるものではなく、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕを含む多層膜など、公知の電極材料を用いることができる。このｎ型電極は、電極形成後に、ｎ型層との接触抵抗を低減する目的で、５００～１０００℃で熱処理を行うことが好ましい。また、ｐ型電極材料も、特に制限されるものではなく、Ｎｉ，Ｃｒ、Ａｕ、ＩＴＯ、ＩＺＯなど、ｐ型電極材料として公知の材料を制限なく用いることができる。ｐ型電極もｎ型電極と同様に、ｐ型層との接触抵抗を低減させる目的で熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は、電極材料によっても異なるが、概ね３００～７００℃の温度範囲である。なお、電極２は、金属膜または酸化膜の成膜手法として公知の、真空蒸着法、スパッタリング法によって形成することができるが、電極２が金属からなる場合は、高い純度が得やすい真空蒸着法を用いることが好ましく、また酸化物電極を形成する場合にはスパッタリング法を採用することが好ましい。
The electrode 2 connected to the n-type and p-type layers is formed on the n-type and p-type layers so as to have a desired pattern by a known photolithography technique. The electrode material in contact with the n-type layer is not particularly limited, and a known electrode material such as a multilayer film containing Ti, Al, Rh, Cr, Ni, and Au can be used. This n-type electrode is preferably subjected to a heat treatment at 500 to 1000 ° C. after the electrode formation for the purpose of reducing the contact resistance with the n-type layer. Also, the p-type electrode material is not particularly limited, and any known material as a p-type electrode material such as Ni, Cr, Au, ITO, or IZO can be used without limitation. As with the n-type electrode, the p-type electrode is preferably heat-treated for the purpose of reducing the contact resistance with the p-type layer. The heat treatment temperature varies depending on the electrode material, but is generally in the temperature range of 300 to 700 ° C. The electrode 2 can be formed by a vacuum deposition method or a sputtering method known as a method for forming a metal film or an oxide film. However, when the electrode 2 is made of a metal, a high-purity vacuum deposition method is easily obtained. It is preferable to use a sputtering method when an oxide electrode is formed.
上記の紫外発光ダイオードチップ３は、支持基板６上に、導電性の接合層７を介して電気的、機械的に接合されている。紫外発光ダイオードチップ３には、図１に示したような電極が同一面側に形成されているフリップチップタイプ、または図２に例示するような電極が紫外発光ダイオードチップ３の上下面に形成された縦型発光ダイオードを使用することができる。
The ultraviolet light emitting diode chip 3 is electrically and mechanically bonded to the support substrate 6 via a conductive bonding layer 7. The ultraviolet light emitting diode chip 3 is formed on the upper and lower surfaces of the ultraviolet light emitting diode chip 3 by the flip chip type in which the electrodes as shown in FIG. Vertical light emitting diodes can be used.
また、本発明の紫外発光ダイオード１０において、支持基板６は母材５と電極４から構成される。母材５の材質は特に限定されるものではなく、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、多結晶ＡｌＮ、多結晶ＳｉＣなどのセラミック基板や、単結晶Ｓｉなど、発光ダイオードの支持基板６として公知の材料を用いることができる。また電極４の材質は、特に制限されるものではなく、発光ダイオードに用いられる公知の材料を用いることができるが、電極抵抗の安定性などの観点から、最表面はＡｕであることが好ましい。なお図１では、支持基板６上にのみ電極４が形成された構造を例示したが、支持基板６を貫通するビアを設けて、上下に電極を形成した構造を採用することもできる。
In the ultraviolet light emitting diode 10 of the present invention, the support substrate 6 is composed of the base material 5 and the electrode 4. The material of the base material 5 is not particularly limited. For example, it is known as a support substrate 6 for a light emitting diode, such as a ceramic substrate such as alumina (Al 2 O 3 ), polycrystalline AlN, and polycrystalline SiC, or single crystal Si. These materials can be used. The material of the electrode 4 is not particularly limited, and a known material used for a light emitting diode can be used, but from the viewpoint of stability of electrode resistance, the outermost surface is preferably Au. In FIG. 1, the structure in which the electrode 4 is formed only on the support substrate 6 is illustrated, but a structure in which vias penetrating the support substrate 6 are provided and electrodes are formed on the upper and lower sides may be employed.
接合層７は、紫外発光ダイオードチップ３の接合材料として公知の半田、Ａｕバンプなどを使用することができる。半田に用いる金属種も特に限定されるものではなく、Ａｕ－Ｓｎ、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕなど公知の材料を用いることができる。
As the bonding layer 7, a known solder, Au bump, or the like can be used as a bonding material for the ultraviolet light-emitting diode chip 3. The metal species used for the solder is not particularly limited, and a known material such as Au—Sn or Sn—Ag—Cu can be used.
（絶縁材料）
本発明の紫外発光ダイオードは、上述の支持基板６上に接合された紫外発光ダイオードチップ３の側面が、２１０～３５０ｎｍの紫外光に対する反射率が５０％以上の絶縁材料８で被覆されていることが特徴である。 (Insulation material)
In the ultraviolet light-emitting diode of the present invention, the side surface of the ultraviolet light-emittingdiode chip 3 bonded on the support substrate 6 is coated with the insulating material 8 having a reflectivity of 210 to 350 nm for ultraviolet light of 50% or more. Is a feature.
本発明の紫外発光ダイオードは、上述の支持基板６上に接合された紫外発光ダイオードチップ３の側面が、２１０～３５０ｎｍの紫外光に対する反射率が５０％以上の絶縁材料８で被覆されていることが特徴である。 (Insulation material)
In the ultraviolet light-emitting diode of the present invention, the side surface of the ultraviolet light-emitting
紫外発光ダイオードチップ３の側面をこのような絶縁材料８で覆うことによって、紫外発光ダイオードチップ３で発生した熱が、絶縁材料８を介して支持基板６に伝達されるため、空気もしくは窒素などの不活性ガスを介した熱伝達よりも放熱性が改善する。そのため、熱伝導経路の最大化を図る観点からは、絶縁材料８によって、紫外発光ダイオードチップ３の側面の少なくとも５０％が覆われていることが好ましく、側面の全てが覆われていることがさらに好ましい。また、紫外発光ダイオードチップ３と支持基板６の間の空隙に絶縁材料８が充填されることによって、熱伝導経路が更に広がるため、最も好ましくは、紫外発光ダイオードチップ３の側面全面および支持基板６との接合界面の空隙が絶縁材料８で覆われている形態である。
By covering the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip 3 with such an insulating material 8, heat generated in the ultraviolet light-emitting diode chip 3 is transferred to the support substrate 6 through the insulating material 8, so that air, nitrogen, etc. Heat dissipation is improved compared to heat transfer via inert gas. Therefore, from the viewpoint of maximizing the heat conduction path, it is preferable that at least 50% of the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip 3 is covered with the insulating material 8, and that all the side surfaces are further covered. preferable. Further, since the heat conduction path is further expanded by filling the gap between the ultraviolet light emitting diode chip 3 and the support substrate 6 with the insulating material 8, most preferably, the entire side surface of the ultraviolet light emitting diode chip 3 and the support substrate 6 are used. The gap at the bonding interface is covered with the insulating material 8.
また、本発明における上記絶縁材料としては、２１０～３５０ｎｍの紫外光に対する反射率が５０％以上であることが必要である。このような紫外領域で高い反射率を持つ絶縁材料を用いることで、紫外発光ダイオードチップ３から横方向に放射された紫外光が吸収されることなく紫外発光ダイオードチップ３内部へ反射され、結果として外部に取り出せる量を向上させ、紫外発光ダイオードの発光効率を高めることが可能になる。光取り出し効率を高める観点から、２１０～３５０ｎｍの反射率は６０％以上であることが好ましく、更に好ましくは６５％以上である。なお、反射率の上限は１００％であるが、工業的な生産の容易性や反射率の理論限界などを考慮すると９８％である。
In addition, the insulating material in the present invention needs to have a reflectivity with respect to ultraviolet light of 210 to 350 nm of 50% or more. By using such an insulating material having a high reflectance in the ultraviolet region, the ultraviolet light emitted in the lateral direction from the ultraviolet light emitting diode chip 3 is reflected into the ultraviolet light emitting diode chip 3 without being absorbed, and as a result. The amount that can be extracted to the outside can be improved, and the luminous efficiency of the ultraviolet light emitting diode can be increased. From the viewpoint of increasing light extraction efficiency, the reflectance at 210 to 350 nm is preferably 60% or more, and more preferably 65% or more. The upper limit of the reflectance is 100%, but it is 98% in consideration of the ease of industrial production and the theoretical limit of the reflectance.
また、絶縁材料８の抵抗率が低いと、紫外発光ダイオードチップ３の故障の原因になる可能性があるため、絶縁材料８の抵抗率は十分高い必要があり、具体的には、絶縁材料８の体積抵抗率が、１０10Ωｃｍ以上、さらに好ましくは１０15ｃｍ以上である。なお体積抵抗率の上限は、測定精度を考慮すると１０20Ωｃｍである。
Further, if the resistivity of the insulating material 8 is low, it may cause a failure of the ultraviolet light-emitting diode chip 3, so that the resistivity of the insulating material 8 needs to be sufficiently high. Specifically, the insulating material 8 Is 10 10 Ωcm or more, more preferably 10 15 cm or more. The upper limit of the volume resistivity is 10 20 Ωcm in consideration of measurement accuracy.
このような絶縁材料８として用いることのできる物質として、フッ素樹脂、ＢＮ含有無機材料などが挙げられる。これらの材料は、紫外光への反射率が高い絶縁材料であり、本発明の紫外発光ダイオードに好適に用いることができる。このような絶縁材料は工業的に入手可能であり、フッ素樹脂としては、例えば紫外光に対して高い反射率を有するポリテトラフルオロエチレンが主成分の「テフロン（登録商標）」（製品名、三井・デュポン フロロケミカル株式会社製）、「Ｆｌｕｏｎ」（製品名、旭硝子製）などを例示することができる。また、ＢＮ含有無機材料としては、「無機塗料ＮＣ－ＲＣ」（製品名、日本タングステン株式会社製）等が挙げられる。一般的に、フッ素樹脂の耐熱温度の上限は３００℃以下であるため、熱的および紫外線耐性に対する長期信頼性を考慮すると、絶縁材料は無機材料からなることが好ましく、特にＢＮ含有材料が好ましい。
Examples of substances that can be used as the insulating material 8 include a fluororesin and a BN-containing inorganic material. These materials are insulating materials having a high reflectance to ultraviolet light, and can be suitably used for the ultraviolet light-emitting diode of the present invention. Such an insulating material is industrially available, and as a fluororesin, for example, “Teflon (registered trademark)” (product name, Mitsui) whose main component is polytetrafluoroethylene having a high reflectance with respect to ultraviolet light. -DuPont Fluorochemical Co., Ltd.), "Fluon" (product name, manufactured by Asahi Glass) and the like can be exemplified. Examples of the BN-containing inorganic material include “inorganic coating NC-RC” (product name, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.). In general, since the upper limit of the heat-resistant temperature of the fluororesin is 300 ° C. or less, the insulating material is preferably made of an inorganic material, particularly preferably a BN-containing material, considering long-term reliability with respect to thermal and ultraviolet resistance.
通常、これらの材料の出発原料は、フッ素樹脂やＢＮフィラーを揮発性溶媒中に分散させたペーストである。ペースト中に含まれるフッ素樹脂、もしくはＢＮフィラーの含有量は、特に制限されるものではないが、３０～７０重量％である。また、上記ペースト中に分散されるＢＮフィラーの形状は、特に制限されるものではなく、球状、または六角形の板状であってもよい。ＢＮフィラーの粒子径も、特に限定されるものではないが、通常１～１００μｍである。上述したフィラーの含有量や粒子径は、ペーストを塗布する装置や発光ダイオードの形状に応じて所望のペースト粘度が得られるように適宜決定すればよい。
Usually, the starting material for these materials is a paste in which a fluororesin or BN filler is dispersed in a volatile solvent. The content of the fluororesin or BN filler contained in the paste is not particularly limited, but is 30 to 70% by weight. The shape of the BN filler dispersed in the paste is not particularly limited, and may be a spherical or hexagonal plate. The particle size of the BN filler is not particularly limited, but is usually 1 to 100 μm. What is necessary is just to determine suitably content and particle diameter of the filler mentioned above so that a desired paste viscosity may be obtained according to the apparatus which apply | coats a paste, and the shape of a light emitting diode.
このペーストを、紫外発光ダイオードチップの側面に塗布して被覆した後、熱処理することによって揮発性溶媒を蒸発させることで、絶縁材料８となる。熱処理温度や時間は材料によっても異なるが、通常は１５０～３００℃、５～６０ｍｉｎの間で行う。なお、この際、溶媒の残留量を低減し、また有機溶媒の揮発によって気泡が形成されないように、上記温度範囲において、低温から十分な時間をかけて熱処理することが好ましい。例えば、無機塗料ＮＣ－ＲＣを用いる場合は、溶媒除去のため１８０℃で３０ｍｉｎ熱処理した後、２６０℃で３０ｍｉｎ熱処理（焼成）することによって、無機材料からなる絶縁材料８を形成することができる。また、無機材料８中の溶媒の残留量は少ないことが好ましいが、本発明の好ましい反射率と抵抗率を満足する限りにおいて、溶媒を含有していてもよい。
The insulating material 8 is obtained by evaporating the volatile solvent by applying the paste to the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip and covering the paste, followed by heat treatment. Although the heat treatment temperature and time vary depending on the material, it is usually performed at 150 to 300 ° C. for 5 to 60 minutes. At this time, it is preferable to perform heat treatment over a sufficient time from a low temperature in the above temperature range so that the residual amount of the solvent is reduced and bubbles are not formed by the volatilization of the organic solvent. For example, in the case of using the inorganic coating NC-RC, the insulating material 8 made of an inorganic material can be formed by heat treatment (baking) at 260 ° C. for 30 minutes after heat treatment at 180 ° C. for 30 minutes to remove the solvent. The residual amount of the solvent in the inorganic material 8 is preferably small, but may contain a solvent as long as the preferable reflectance and resistivity of the present invention are satisfied.
（紫外発光ダイオードパッケージまたはモジュール）
上記した通り、本発明の発光ダイオードは、発光波長に対して、高い反射率を有する絶縁材料８で紫外発光ダイオードチップの側面を覆うため、被覆材での紫外光吸収による出力低下が抑制され、さらに無機材料からなる絶縁材料を使用することによって、長時間の使用においても光出力の低下を抑制することが期待される。さらに、上記絶縁材料を介して紫外発光ダイオードチップで発生した熱が放熱されるため、紫外発光ダイオードにアンダーフィル材のみを使用した構造と同等以上の高い放熱特性を有する紫外発光ダイオードである。これによって、紫外発光ダイオードのジャンクション温度が低下し、その結果、発光ダイオードを形成する結晶品質の低下に起因する発光効率の低下を抑制することが可能となる。従って、本発明の紫外発光ダイオードを用いることで、紫外光の発光特性に優れた紫外発光ダイオードパッケージまたはモジュールを製造することができる。 (Ultraviolet light emitting diode package or module)
As described above, since the light emitting diode of the present invention covers the side surface of the ultraviolet light emitting diode chip with the insulating material 8 having a high reflectance with respect to the emission wavelength, a decrease in output due to ultraviolet light absorption in the covering material is suppressed, Further, by using an insulating material made of an inorganic material, it is expected to suppress a decrease in light output even when used for a long time. Further, since the heat generated in the ultraviolet light-emitting diode chip is radiated through the insulating material, the ultraviolet light-emitting diode has a high heat radiation characteristic equivalent to or higher than that of the structure using only the underfill material for the ultraviolet light-emitting diode. As a result, the junction temperature of the ultraviolet light-emitting diode is lowered, and as a result, it is possible to suppress a reduction in light emission efficiency due to a reduction in crystal quality forming the light-emitting diode. Therefore, by using the ultraviolet light-emitting diode of the present invention, an ultraviolet light-emitting diode package or module having excellent ultraviolet light emission characteristics can be manufactured.
上記した通り、本発明の発光ダイオードは、発光波長に対して、高い反射率を有する絶縁材料８で紫外発光ダイオードチップの側面を覆うため、被覆材での紫外光吸収による出力低下が抑制され、さらに無機材料からなる絶縁材料を使用することによって、長時間の使用においても光出力の低下を抑制することが期待される。さらに、上記絶縁材料を介して紫外発光ダイオードチップで発生した熱が放熱されるため、紫外発光ダイオードにアンダーフィル材のみを使用した構造と同等以上の高い放熱特性を有する紫外発光ダイオードである。これによって、紫外発光ダイオードのジャンクション温度が低下し、その結果、発光ダイオードを形成する結晶品質の低下に起因する発光効率の低下を抑制することが可能となる。従って、本発明の紫外発光ダイオードを用いることで、紫外光の発光特性に優れた紫外発光ダイオードパッケージまたはモジュールを製造することができる。 (Ultraviolet light emitting diode package or module)
As described above, since the light emitting diode of the present invention covers the side surface of the ultraviolet light emitting diode chip with the insulating material 8 having a high reflectance with respect to the emission wavelength, a decrease in output due to ultraviolet light absorption in the covering material is suppressed, Further, by using an insulating material made of an inorganic material, it is expected to suppress a decrease in light output even when used for a long time. Further, since the heat generated in the ultraviolet light-emitting diode chip is radiated through the insulating material, the ultraviolet light-emitting diode has a high heat radiation characteristic equivalent to or higher than that of the structure using only the underfill material for the ultraviolet light-emitting diode. As a result, the junction temperature of the ultraviolet light-emitting diode is lowered, and as a result, it is possible to suppress a reduction in light emission efficiency due to a reduction in crystal quality forming the light-emitting diode. Therefore, by using the ultraviolet light-emitting diode of the present invention, an ultraviolet light-emitting diode package or module having excellent ultraviolet light emission characteristics can be manufactured.
紫外発光ダイオードパッケージを製造する場合は、本発明の紫外発光ダイオードの支持基板６の下面を接合面として、公知のパッケージに接合すればよい。また、支持基板６は、上述の説明の通りセラミック基板を用意する方法でもよいが、パッケージ自体を支持基板６として利用し、紫外発光ダイオードチップ３を直接パッケージに接合することもできる。この場合、絶縁材料８は、パッケージに接合後に、上述した方法により紫外発光ダイオードチップ３の側面を被覆するように形成し、パッケージ全体を熱処理すればよい。接合後は、紫外発光ダイオードチップ３の酸化を防止するため、Ｎ2やＡｒを封入した後、紫外光に対して透明な材料、例えば石英などによって封止することが好ましい。
When manufacturing an ultraviolet light emitting diode package, the lower surface of the support substrate 6 of the ultraviolet light emitting diode of the present invention may be used as a bonding surface and bonded to a known package. The support substrate 6 may be a method of preparing a ceramic substrate as described above. However, the ultraviolet light emitting diode chip 3 can be directly bonded to the package by using the package itself as the support substrate 6. In this case, the insulating material 8 may be formed so as to cover the side surface of the ultraviolet light-emitting diode chip 3 by the method described above after bonding to the package, and the entire package may be heat-treated. After bonding, in order to prevent oxidation of the ultraviolet light-emitting diode chip 3, it is preferable to encapsulate N 2 or Ar and then seal with a material transparent to ultraviolet light, such as quartz.
また、紫外発光ダイオードモジュールは、紫外発光ダイオードパッケージを所定の回路基板上にマウントして製造することもできるし、紫外発光ダイオードチップ３を直接回路基板上に接合する、すなわち回路基板を支持基板６として利用するチップオンボード構造を採用することもできる。この場合も、接合後に絶縁材料８を紫外発光ダイオードの側面を被覆するように形成した後、回路基板全体を熱処理すればよい。
Further, the ultraviolet light emitting diode module can be manufactured by mounting the ultraviolet light emitting diode package on a predetermined circuit board, or the ultraviolet light emitting diode chip 3 is directly bonded to the circuit board, that is, the circuit board is supported on the support substrate 6. It is also possible to adopt a chip-on-board structure used as Also in this case, after the insulating material 8 is formed so as to cover the side surface of the ultraviolet light emitting diode after bonding, the entire circuit board may be heat-treated.
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例１
（紫外発光ダイオードの作製）
特開２０１５－１５６４８３号の実施例７に記載された方法と同様の手順により、発光波長が２６５ｎｍの紫外発光ダイオードチップ３を作製した。先ず直径２５ｍｍのＨＶＰＥ法ＡｌＮ厚膜／ＡｌＮ種基板（成長上基板）を準備した後、５個の７ｍｍ角の正方形形状に切断した。切断後の成長用基板の一つについて、４５０℃に加熱したＫＯＨとＮａＯＨの混合融液に５ｍｉｎ間、基板の成長表面側を浸漬した。その後、成長表面を顕微鏡により観察し、表面に形成されたエッチピット密度（転位密度）を測定した。見積もられたエッチピット密度は１×１０5ｃｍ-2であった。また、一つの成長用基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層（膜厚１μｍ）、３重量子井戸層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ（膜厚３ｎｍ）／Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ（膜厚７ｎｍ）、ｐ型ＡｌＮ層（膜厚１５ｎｍ）、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.3Ｎ層（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層（膜厚３００ｎｍ）をこの順で成長し、紫外発光ダイオード積層体を製造した。 Example 1
(Production of ultraviolet light emitting diode)
An ultraviolet light-emittingdiode chip 3 having an emission wavelength of 265 nm was produced by the same procedure as that described in Example 7 of JP-A-2015-156383. First, a 25 mm diameter HVPE AlN thick film / AlN seed substrate (upper growth substrate) was prepared, and then cut into five 7 mm square shapes. About one of the growth substrates after cutting, the growth surface side of the substrate was immersed in a mixed melt of KOH and NaOH heated to 450 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the growth surface was observed with a microscope, and the etch pit density (dislocation density) formed on the surface was measured. The estimated etch pit density was 1 × 10 5 cm −2 . In addition, an n-type Al 0.7 Ga 0.3 N layer (film thickness 1 μm), triplet well layer (Al 0.5 Ga 0.5 N (film thickness 3 nm) / Al 0.65 Ga 0.35 N are formed on one growth substrate by MOCVD. (Thickness 7 nm), p-type AlN layer (thickness 15 nm), p-type Al 0.8 Ga 0.3 N layer (thickness 50 nm), p-type GaN layer (thickness 300 nm) are grown in this order, The body was manufactured.
（紫外発光ダイオードの作製）
特開２０１５－１５６４８３号の実施例７に記載された方法と同様の手順により、発光波長が２６５ｎｍの紫外発光ダイオードチップ３を作製した。先ず直径２５ｍｍのＨＶＰＥ法ＡｌＮ厚膜／ＡｌＮ種基板（成長上基板）を準備した後、５個の７ｍｍ角の正方形形状に切断した。切断後の成長用基板の一つについて、４５０℃に加熱したＫＯＨとＮａＯＨの混合融液に５ｍｉｎ間、基板の成長表面側を浸漬した。その後、成長表面を顕微鏡により観察し、表面に形成されたエッチピット密度（転位密度）を測定した。見積もられたエッチピット密度は１×１０5ｃｍ-2であった。また、一つの成長用基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層（膜厚１μｍ）、３重量子井戸層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ（膜厚３ｎｍ）／Ａｌ0.65Ｇａ0.35Ｎ（膜厚７ｎｍ）、ｐ型ＡｌＮ層（膜厚１５ｎｍ）、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.3Ｎ層（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮ層（膜厚３００ｎｍ）をこの順で成長し、紫外発光ダイオード積層体を製造した。 Example 1
(Production of ultraviolet light emitting diode)
An ultraviolet light-emitting
次いで、ＩＣＰエッチング法により、積層体の一部をｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層が露出するまでエッチングした。次いで、ｎ型Ａｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ層が露出した表面上に、真空蒸着法によりＴｉ（膜厚２０ｎｍ）／Ａｌ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚５ｎｍ）のｎ電極を形成した後、窒素雰囲気中で、１ｍｉｎ間、９００℃の条件で熱処理を行った。
Next, a part of the laminate was etched by ICP etching until the n-type Al 0.7 Ga 0.3 N layer was exposed. Next, after forming an n-electrode of Ti (film thickness 20 nm) / Al (film thickness 200 nm) / Au (film thickness 5 nm) on the surface where the n-type Al 0.7 Ga 0.3 N layer is exposed, nitrogen Heat treatment was performed in an atmosphere at 900 ° C. for 1 min.
次いでｐ型ＧａＮ層上に、真空蒸着法によりＮｉ（膜厚２０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚５０ｎｍ）のｐ電極を形成した後、酸素雰囲気中で、５ｍｉｎ間、５５０℃の条件で熱処理を行った。
Next, after forming a p electrode of Ni (film thickness 20 nm) / Au (film thickness 50 nm) on the p-type GaN layer by vacuum deposition, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at 550 ° C. for 5 minutes. .
次いで、ＡｌＮ種基板部分を機械研磨により除去することにより紫外発光ダイオードウェハを完成させた。その後、紫外発光ダイオードウェハを０．８ｍｍ角に切断することによって、複数個の紫外発光ダイオードチップ３を作製した。
Next, the AlN seed substrate portion was removed by mechanical polishing to complete an ultraviolet light emitting diode wafer. Thereafter, the ultraviolet light emitting diode wafer was cut into 0.8 mm square to produce a plurality of ultraviolet light emitting diode chips 3.
紫外発光ダイオード用の支持基板６には、ＡｌＮ焼結体で形成されたセラミック製支持基板（１．５ｍｍ角、板厚１ｍｍ）を使用した。このセラミック基板上には、紫外発光ダイオードのｐ・ｎ電極パターンに合わせた電極パターン４が形成されており、さらに電極上には接合用のＡｕ－Ｓｎ半田層（Ａｕ８０ｗｔ％、膜厚２μｍ）７が設けられている。
As the support substrate 6 for the ultraviolet light emitting diode, a ceramic support substrate (1.5 mm square, 1 mm thickness) formed of an AlN sintered body was used. On this ceramic substrate, an electrode pattern 4 is formed in accordance with the pn electrode pattern of the ultraviolet light emitting diode. Further, an Au—Sn solder layer (Au 80 wt%, film thickness 2 μm) 7 for bonding is formed on the electrode. Is provided.
紫外発光ダイオードチップ３を、公知のフリップチップボンディング法により、紫外発光ダイオードチップ３のｐ・ｎ電極と、支持基板６上に形成された半田層７の位置合わせを行った後、接合温度３００℃、窒素雰囲気化で、紫外発光ダイオードチップとセラミック基板と接合した。同様の紫外発光ダイオードチップ３の支持基板接合体を複数個作製した。接合後の紫外発光ダイオード１０の熱抵抗測定の結果、紫外発光ダイオード１０の熱特性（ΔＶｏｐ）の平均値は１７ｍＶ／℃であり、上記接合構造における熱抵抗の平均値は３０℃／Ｗであった。
After aligning the pn electrode of the ultraviolet light emitting diode chip 3 and the solder layer 7 formed on the support substrate 6 by a known flip chip bonding method, the ultraviolet light emitting diode chip 3 is bonded to a bonding temperature of 300 ° C. In a nitrogen atmosphere, the ultraviolet light emitting diode chip and the ceramic substrate were joined. A plurality of support substrate assemblies of similar ultraviolet light emitting diode chips 3 were produced. As a result of measuring the thermal resistance of the ultraviolet light-emitting diode 10 after bonding, the average value of the thermal characteristics (ΔVop) of the ultraviolet light-emitting diode 10 is 17 mV / ° C. It was.
（絶縁材料の形成）
紫外発光ダイオードチップ３の支持基板接合体の二つについて、ディスペンサーによって紫外発光ダイオードチップ３の外周全てを覆うようにＢＮ含有材料無機塗料ＮＣ－ＲＣ（製品名、日本タングステン株式会社製、ＢＮ含有量４０～５０重量％）を塗布し、室温から１８０℃まで３０ｍｉｎ間で昇温した後、３０ｍｉｎ加熱保持して、無機塗料中の溶媒成分を揮発させた。その後、１０ｍｉｎ間で２６０℃まで昇温し、３０ｍｉｎ加熱保持することによって無機塗料の焼成を行った。焼成後のサンプルの一つについて断面を光学顕微鏡で観察したところ、チップ外周部はＢＮ含有無機材料で完全に被覆されていることが確認された。また、紫外発光ダイオードチップ３と支持基板の間の空隙は、外周部の一部はＢＮ含有無機材料が充填されているものの、チップ中央部分の空隙にはＢＮ含有無機材料が充填されていないことが確認された。 (Formation of insulating material)
BN containing material inorganic coating NC-RC (product name, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., BN content) so as to cover the entire outer periphery of the ultraviolet light emittingdiode chip 3 with a dispenser for two of the support substrate assemblies of the ultraviolet light emitting diode chip 3 40 to 50% by weight) was applied, the temperature was raised from room temperature to 180 ° C. over 30 minutes, and the mixture was heated and held for 30 minutes to volatilize the solvent component in the inorganic paint. Thereafter, the temperature was raised to 260 ° C. for 10 minutes, and the inorganic paint was baked by heating and holding for 30 minutes. When the cross section of one of the samples after firing was observed with an optical microscope, it was confirmed that the outer periphery of the chip was completely covered with the BN-containing inorganic material. In addition, the gap between the ultraviolet light emitting diode chip 3 and the support substrate is not filled with the BN-containing inorganic material in the gap at the center of the chip, although a part of the outer peripheral portion is filled with the BN-containing inorganic material. Was confirmed.
紫外発光ダイオードチップ３の支持基板接合体の二つについて、ディスペンサーによって紫外発光ダイオードチップ３の外周全てを覆うようにＢＮ含有材料無機塗料ＮＣ－ＲＣ（製品名、日本タングステン株式会社製、ＢＮ含有量４０～５０重量％）を塗布し、室温から１８０℃まで３０ｍｉｎ間で昇温した後、３０ｍｉｎ加熱保持して、無機塗料中の溶媒成分を揮発させた。その後、１０ｍｉｎ間で２６０℃まで昇温し、３０ｍｉｎ加熱保持することによって無機塗料の焼成を行った。焼成後のサンプルの一つについて断面を光学顕微鏡で観察したところ、チップ外周部はＢＮ含有無機材料で完全に被覆されていることが確認された。また、紫外発光ダイオードチップ３と支持基板の間の空隙は、外周部の一部はＢＮ含有無機材料が充填されているものの、チップ中央部分の空隙にはＢＮ含有無機材料が充填されていないことが確認された。 (Formation of insulating material)
BN containing material inorganic coating NC-RC (product name, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., BN content) so as to cover the entire outer periphery of the ultraviolet light emitting
（絶縁材料の評価）
ディスペンサーによって２５ｍｍ角のガラス基板上の全面に基板無機塗料ＮＣ－ＲＣ（製品名、日本タングステン株式会社製、ＢＮ含有量４０～５０重量％）を塗布し、室温から１８０℃まで３０ｍｉｎ間で昇温した後、３０ｍｉｎ加熱保持して、無機塗料中の溶媒成分を揮発させた。その後、１０ｍｉｎ間で２６０℃まで昇温し、３０ｍｉｎ加熱保持することによって無機塗料の焼成を行った。その後、無機塗料ＮＣ－ＲＣの反射率を、反射率測定装置（日本分光製Ｖ７００）によって測定した。２１０～３５０ｎｍの反射率は、８０～９６％であった。さらに、焼成処理を行ったＮＣ－ＲＣ上に複数のＩｎ電極を形成し、電極間の抵抗を測定したところ、電極間の電流値は１０-10Ａ以下であり、ＮＣ－ＲＣの体積抵抗率は１０12ｃｍ以上であると見積もられた。 (Evaluation of insulation materials)
Apply a substrate inorganic coating NC-RC (product name, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., BN content 40-50 wt%) to the entire surface of a 25 mm square glass substrate with a dispenser, and raise the temperature from room temperature to 180 ° C. for 30 min. After that, the solvent component in the inorganic paint was volatilized by heating for 30 minutes. Thereafter, the temperature was raised to 260 ° C. for 10 minutes, and the inorganic paint was baked by heating and holding for 30 minutes. Thereafter, the reflectance of the inorganic coating NC-RC was measured with a reflectance measuring device (V700 manufactured by JASCO). The reflectance at 210 to 350 nm was 80 to 96%. Further, when a plurality of In electrodes were formed on the fired NC-RC and the resistance between the electrodes was measured, the current value between the electrodes was 10 −10 A or less, and the volume resistivity of the NC-RC Was estimated to be greater than 10 12 cm.
ディスペンサーによって２５ｍｍ角のガラス基板上の全面に基板無機塗料ＮＣ－ＲＣ（製品名、日本タングステン株式会社製、ＢＮ含有量４０～５０重量％）を塗布し、室温から１８０℃まで３０ｍｉｎ間で昇温した後、３０ｍｉｎ加熱保持して、無機塗料中の溶媒成分を揮発させた。その後、１０ｍｉｎ間で２６０℃まで昇温し、３０ｍｉｎ加熱保持することによって無機塗料の焼成を行った。その後、無機塗料ＮＣ－ＲＣの反射率を、反射率測定装置（日本分光製Ｖ７００）によって測定した。２１０～３５０ｎｍの反射率は、８０～９６％であった。さらに、焼成処理を行ったＮＣ－ＲＣ上に複数のＩｎ電極を形成し、電極間の抵抗を測定したところ、電極間の電流値は１０-10Ａ以下であり、ＮＣ－ＲＣの体積抵抗率は１０12ｃｍ以上であると見積もられた。 (Evaluation of insulation materials)
Apply a substrate inorganic coating NC-RC (product name, manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd., BN content 40-50 wt%) to the entire surface of a 25 mm square glass substrate with a dispenser, and raise the temperature from room temperature to 180 ° C. for 30 min. After that, the solvent component in the inorganic paint was volatilized by heating for 30 minutes. Thereafter, the temperature was raised to 260 ° C. for 10 minutes, and the inorganic paint was baked by heating and holding for 30 minutes. Thereafter, the reflectance of the inorganic coating NC-RC was measured with a reflectance measuring device (V700 manufactured by JASCO). The reflectance at 210 to 350 nm was 80 to 96%. Further, when a plurality of In electrodes were formed on the fired NC-RC and the resistance between the electrodes was measured, the current value between the electrodes was 10 −10 A or less, and the volume resistivity of the NC-RC Was estimated to be greater than 10 12 cm.
（紫外発光ダイオード特性評価）
得られた紫外発光ダイオードの特性評価は以下に示す方法にて行った。 (Characteristic evaluation of ultraviolet light emitting diode)
The characteristics of the obtained ultraviolet light emitting diode were evaluated by the following method.
得られた紫外発光ダイオードの特性評価は以下に示す方法にて行った。 (Characteristic evaluation of ultraviolet light emitting diode)
The characteristics of the obtained ultraviolet light emitting diode were evaluated by the following method.
紫外発光ダイオードを、雰囲気温度を２５℃に設定した恒温槽に設置し、定電流直流電源（菊水工業製ＰＭＣ２５０）を用いて紫外発光ダイオードに通電するとともに、光出力を積分球ユニット（ＳｐｈｅｒｅＯｐｔｉｃｓ社製ＳＭＳ－５００）を用いて測定した。
The ultraviolet light emitting diode is installed in a thermostatic chamber set to an ambient temperature of 25 ° C., and the ultraviolet light emitting diode is energized using a constant current direct current power supply (PMC250 manufactured by Kikusui Industries), and the light output is an integrating sphere unit (manufactured by SphereOptics). SMS-500).
絶縁材料を形成後の紫外発光ダイオードの各駆動電流値（Ｉｏｐ）に対する発光波長（λ）、光出力（Ｐｏ）、動作電圧（Ｖｏｐ）およびジャンクション温度（Ｔｊ）を表１に示す。なお、Ｔｊは、上述した紫外発光ダイオードの熱特性（ΔＶｏｐ＝１７ｍＶ／℃）を用いて、後述する比較例１の結果から見積もった。また、見積もられたＴｊを用いて算出した熱抵抗は約１９℃／Ｗであり、絶縁材料を用いることによって熱抵抗が低減していることが確認された。
Table 1 shows the emission wavelength (λ), light output (Po), operating voltage (Vop), and junction temperature (Tj) for each drive current value (Iop) of the ultraviolet light emitting diode after the insulating material is formed. In addition, Tj was estimated from the result of the comparative example 1 mentioned later using the thermal characteristic ((DELTA) Vop = 17mV / degreeC) of the ultraviolet light emitting diode mentioned above. The thermal resistance calculated using the estimated Tj was about 19 ° C./W, and it was confirmed that the thermal resistance was reduced by using an insulating material.
実施例２
実施例１で作製した紫外発光ダイオードチップの支持基板接合体の二つについて、「テフロン（登録商標）」（製品名、三井・デュポン フロロケミカル株式会社製）のディスパージョンを、紫外発光ダイオードチップの外周全てを覆うように滴下した。その後、大気雰囲気下で１８０℃に仮焼成を行った。チップ外周部が完全に被覆され、またチップと支持基板間の空隙が無くなるように、ディスパージョンの滴下と仮焼成を４回繰り返し行った。その後、大気雰囲気下で３６０℃に加熱し、フッ素樹脂の焼成を行った。焼成後のサンプルの一つについて断面を光学顕微鏡で観察したところ、チップ外周部および紫外発光ダイオードチップと支持基板の間の空隙は、テフロン（登録商標）樹脂で被覆、充填されていることを確認した。 Example 2
For two of the support substrate assemblies of the ultraviolet light emitting diode chip produced in Example 1, a dispersion of “Teflon (registered trademark)” (product name, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was used. The solution was dropped so as to cover the entire outer periphery. Then, temporary baking was performed at 180 ° C. in an air atmosphere. The dispersion dripping and pre-baking were repeated four times so that the outer periphery of the chip was completely covered and there was no gap between the chip and the support substrate. Then, it heated at 360 degreeC in air | atmosphere, and baked the fluororesin. The cross section of one of the samples after firing was observed with an optical microscope, and it was confirmed that the outer periphery of the chip and the gap between the ultraviolet light emitting diode chip and the support substrate were covered and filled with Teflon (registered trademark) resin. did.
実施例１で作製した紫外発光ダイオードチップの支持基板接合体の二つについて、「テフロン（登録商標）」（製品名、三井・デュポン フロロケミカル株式会社製）のディスパージョンを、紫外発光ダイオードチップの外周全てを覆うように滴下した。その後、大気雰囲気下で１８０℃に仮焼成を行った。チップ外周部が完全に被覆され、またチップと支持基板間の空隙が無くなるように、ディスパージョンの滴下と仮焼成を４回繰り返し行った。その後、大気雰囲気下で３６０℃に加熱し、フッ素樹脂の焼成を行った。焼成後のサンプルの一つについて断面を光学顕微鏡で観察したところ、チップ外周部および紫外発光ダイオードチップと支持基板の間の空隙は、テフロン（登録商標）樹脂で被覆、充填されていることを確認した。 Example 2
For two of the support substrate assemblies of the ultraviolet light emitting diode chip produced in Example 1, a dispersion of “Teflon (registered trademark)” (product name, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was used. The solution was dropped so as to cover the entire outer periphery. Then, temporary baking was performed at 180 ° C. in an air atmosphere. The dispersion dripping and pre-baking were repeated four times so that the outer periphery of the chip was completely covered and there was no gap between the chip and the support substrate. Then, it heated at 360 degreeC in air | atmosphere, and baked the fluororesin. The cross section of one of the samples after firing was observed with an optical microscope, and it was confirmed that the outer periphery of the chip and the gap between the ultraviolet light emitting diode chip and the support substrate were covered and filled with Teflon (registered trademark) resin. did.
焼成後の紫外発光ダイオードの一つについて、実施例１と同様の評価を行った結果を表２に示す。また、見積もられたＴｊを用いて算出した熱抵抗は約１９℃／Ｗであった。
Table 2 shows the results of the same evaluation as in Example 1 for one of the fired ultraviolet light-emitting diodes. The thermal resistance calculated using the estimated Tj was about 19 ° C./W.
比較例１
実施例１の紫外発光ダイオードにおいて、絶縁材料を形成する前に、実施例１と同様の特性評価を行った。絶縁材料形成前の紫外発光ダイオードの特性を表３に示す。なお、Ｔｊは、上述した紫外発光ダイオードの熱抵抗（３０℃／Ｗ）の値を用いて見積もった。 Comparative Example 1
In the ultraviolet light emitting diode of Example 1, the same characteristic evaluation as that of Example 1 was performed before forming the insulating material. Table 3 shows the characteristics of the ultraviolet light emitting diode before the insulating material is formed. Tj was estimated using the value of the thermal resistance (30 ° C./W) of the ultraviolet light emitting diode described above.
実施例１の紫外発光ダイオードにおいて、絶縁材料を形成する前に、実施例１と同様の特性評価を行った。絶縁材料形成前の紫外発光ダイオードの特性を表３に示す。なお、Ｔｊは、上述した紫外発光ダイオードの熱抵抗（３０℃／Ｗ）の値を用いて見積もった。 Comparative Example 1
In the ultraviolet light emitting diode of Example 1, the same characteristic evaluation as that of Example 1 was performed before forming the insulating material. Table 3 shows the characteristics of the ultraviolet light emitting diode before the insulating material is formed. Tj was estimated using the value of the thermal resistance (30 ° C./W) of the ultraviolet light emitting diode described above.
１０：紫外発光ダイオード
１：積層構造体
２：電極
３：紫外発光ダイオードチップ
４：電極
５：母材
６：支持基板
７：接合層
８：絶縁材料 10: ultraviolet light emitting diode 1: laminated structure 2: electrode 3: ultraviolet light emitting diode chip 4: electrode 5: base material 6: support substrate 7: bonding layer 8: insulating material
１：積層構造体
２：電極
３：紫外発光ダイオードチップ
４：電極
５：母材
６：支持基板
７：接合層
８：絶縁材料 10: ultraviolet light emitting diode 1: laminated structure 2: electrode 3: ultraviolet light emitting diode chip 4: electrode 5: base material 6: support substrate 7: bonding layer 8: insulating material
Claims (4)
- 支持基板上に接合層を介して紫外発光ダイオードチップが接合された紫外発光ダイオードであって、
前記紫外発光ダイオードチップの発光波長が２１０～３５０ｎｍであり、
前記紫外発光ダイオードチップの積層面に対する側面が、前記発光波長に対する反射率が５０％以上の絶縁材料にて被覆されていることを特徴とする紫外発光ダイオード。 An ultraviolet light emitting diode in which an ultraviolet light emitting diode chip is bonded to a support substrate via a bonding layer,
The emission wavelength of the ultraviolet light emitting diode chip is 210 to 350 nm,
An ultraviolet light emitting diode, wherein a side surface of the ultraviolet light emitting diode chip with respect to the laminated surface is coated with an insulating material having a reflectance of 50% or more with respect to the emission wavelength. - 前記絶縁材料が無機材料からなる請求項１に記載の紫外発光ダイオード。 The ultraviolet light-emitting diode according to claim 1, wherein the insulating material is made of an inorganic material.
- 前記絶縁材料が窒化ホウ素を含んでなる請求項１または２に記載の紫外発光ダイオード。 The ultraviolet light emitting diode according to claim 1 or 2, wherein the insulating material comprises boron nitride.
- 請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外発光ダイオードを備えた紫外発光ダイオードパッケージまたはモジュール。 An ultraviolet light emitting diode package or module comprising the ultraviolet light emitting diode according to any one of claims 1 to 3.
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