JP2000286457A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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Abstract

(57)【要約】 【課題】フリップチップによる配光が上下左右均一に為
されるようにすること。 【解決手段】フリップチップ型発光ダイオードにおい
て、略正方形のフリップチップと、フリップチップを設
置する略正方形のサブマウントとを、フリップチップの
中心軸と、サブマウントの中心軸とをそれぞれ一致させ
重ね合わせて、中心軸を中心にして、フリップチップを
サブマウントに対して、略４５度回転させて設置させる
事により形成されるサブマウントの三角形状の上面露出
領域にフリップチップに対する２つの取り出し電極が形
成できるようになる。それにより、リードフレームのパ
ラボラの中心軸にフリップチップの中心軸を一致させて
配置することができるようになる。さらに、サブマウン
トは半導体基板であって、半導体基板の中に過電圧防止
のためのダイオードが形成される事により、過電圧によ
る発光ダイオードの破壊を防止する事ができるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性層の発光面の
大きなフリップチップを用いた発光ダイオードの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２、図１３に示す従来のフリップチ
ップ型半導体発光素子を用いた発光ダイオード５につい
て説明する。図１３は、従来のフリップチップ型半導体
発光素子１００（以下、フリップチップ１００と記載す
る。）を用いた発光ダイオード５の外観及び、構造を模
式的に表す縦断面図である。発光素子部材５７０は基台
であるサブマウント５２０と、その上に配置したフリッ
プチップ１００とから成る。
【０００３】リードフレーム５０はメタルポスト５１と
メタルステム５３とから成り、発光素子部材５７０に電
圧を印加するためのものである。メタルステム５３は、
反射部材５５と、発光素子部材５７０を戴置する平坦部
５４とで構成されている。樹脂モールド４０は、発光素
子部材５７０を包囲している。発光素子部材５７０の裏
面５２７は、メタルステム５３に銀ペースト等で接着さ
れ電気的に接続されている。サブマウント５２０上の露
出部分５２８に形成された電極５２１は他端子であるメ
タルポスト５１と金線５７によるワイヤボンデングによ
り接続されている。発光素子部材５７０は、樹脂モール
ド４０でモールドされている。
【０００４】このフリップチップ１００により発せられ
た光は、上面の正電極により光が反射され、光を透過す
る裏面のサファイア基板面から外部に出力される。従っ
て、本フリップチップ１００の上面を下向きにし、サブ
マウント５２０にフェイスダウンにより接続している。
【０００５】次に、基台であるサブマウント５２０につ
いて説明する。図１２は、サブマウント５２０の平面図
（ａ）、サブマウント５２０にフリップチップ１００を
配置した平面図（ｂ）及び、断面図（ｃ）である。
【０００６】サブマウント５２０は、例えば、導電性の
半導体基板で構成され、上面はフリップチップ１００の
正電極と接続するためのＡｕよりなるマイクロバンプ５
３３を溶着させる部分５２３を除いて、SiO2からなる絶
縁膜５２４により覆われている。絶縁皮膜５２４上には
アルミ蒸着による負電極５２１が形成されている。負電
極５２１上には、メタルポスト５１とワイヤボンディン
グするためのパット形成領域と、フリップチップ１００
の負電極と接続するためのＡｕよりなるマイクロバンプ
５３１を溶着させる領域とが存在する。
【０００７】従来、ワイヤボンディングするためには、
少なくとも、直径１００μｍ以上の円形状又は、１辺が
１００μｍ以上の正方形のボンディングパット形成領域
が必要である。サブマウント５２０上の露出部分５２８
に、この様なボンディングパットのための電極５２１を
とり、矩形のサブマウント５２０に対して、正方形のフ
リップチップ１００を配置するためには、図１２（ｂ）
に示すように、片側に寄せて配置しなければならない。
即ち、一定面積以上の露出部分５２８が必要なために、
フリップチップ１００の中心Ｐ２と、サブマウント５２
０の中心Ｐ５０１、および、フリップチップ１００の中
心軸（図１に示す破線Ｂ−Ｂ）とサブマウント５２０中
心軸（図１２に示す破線Ａ−Ａ）とを一致させて配置す
ることができない。さらに、発光素子部材５７０をそれ
と略同一面積の平坦部５４に戴置すると、必然的に、パ
ラボラの反射部材５５の中心軸（図１３に示す破線Ｄ−
Ｄ）と、サブマウント５２０の中心軸Ａ−Ａとが一致す
ることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、フリッ
プチップ１００への取り付け電極への配線の為に、サブ
マウント５２０上に、ボンディングパットとなる電極５
２１を形成するための露出部分５２８が必要となるた
め、長方形のサブマウント５２０が用いられている。
又、フリップチップ１００は、サブマウント５２０上で
偏って配置され、リードフレーム５０の反射部材５５の
中心軸とフリップチップ１００中心軸がずれている。こ
のため、配光がランプの上下左右で均一ではないという
問題が有った。さらに、リードフレーム５０の平坦部５
４の面が小さく、スペースがとれないため、必然的にサ
ブマウント５２０の面積も小さくならざるを得ない。こ
のため、矩形のサブマウント５２０の中心軸とフリップ
チップ１００の中心軸を一致させて配置し、取り付け電
極形成のための露出部分を確保すると、フリップチップ
１００自身が小さくなってしまい、必要な輝度を確保で
きなくなるという問題が有った。
【０００９】したがって、本発明の目的は、フリップチ
ップ１００による配光を上下左右で均一にすることであ
る。又、他の目的は、サブマウント５２０の電気的接続
のための電極に必要な面積を確保しつつ、フリップチッ
プ１００の面積を最大限に大きくすることにより、高輝
度を確保することである。即ち、フリップチップ１００
の光軸をランプの中心軸に一致させて、且つ、フリップ
チップ１０の面積を最大限に確保できるようにすること
である。又、他の目的は、発光ダイオード５全体の小型
化を図り、製造工程においても簡略化し、さらに、発光
ダイオード５の耐久性の向上を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する第
１の手段は、フリップチップ型半導体発光素子であるフ
リップチップを用いた発光ダイオードにおいて、矩形の
フリップチップと、フリップチップを設置し、フリップ
チップの対角線長以上の短辺を有する矩形のサブマウン
トと、フリップチップの一辺がサブマウントの一辺に対
して交差するようにフリップチップの面に垂直な中心軸
の回りに所定の角度回転させて設置させたことを特徴と
する。
【００１１】又、第２の手段は、フリップチップ型発光
ダイオードにおいて、略正方形のフリップチップと、フ
リップチップを設置する略正方形のサブマウントと、フ
リップチップの中心を通る中心軸と、サブマウントの中
心を通る中心軸とをそれぞれ一致させ重ね合わせて、重
ね合わせた中心を中心にして、フリップチップの中心軸
をサブマウントの中心軸に対して、所定の角度回転させ
て設置させたことを特徴とする。
【００１２】第３の手段は、所定の角度を、略４５度と
したことである。第４の手段は、サブマウントは半導体
基板であって、半導体基板の中に過電圧防止のためのダ
イオードが形成されているを特徴とする。
【００１３】第５の手段は、過電圧防止のためのダイオ
ードを、サブマウントの上面露出領域下の半導体基板に
形成したことである。第６の手段は、サブマウントは絶
縁膜が上面に形成された半導体基板であって、フリップ
チップを配置したサブマウントの上面露出領域の絶縁膜
上に、フリップチップに対する２つの取り出し電極のう
ち少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。
【００１４】第７の手段は、半導体基板の裏面がフリッ
プチップに対する２つの取り出し電極のうち一方の電極
となっており半導体基板が、半導体基板を戴置し、フリ
ップチップに電圧を印加するためのリードフレームに直
接接続されていること特徴とする。
【００１５】第８の手段は、半導体基板は絶縁性であっ
て、フリップチップを配置したサブマウントの上面露出
領域にフリップチップに対する２つの取り出し電極が形
成されていることを特徴とする。第９の手段は、サブマ
ウントは絶縁性基板であって、フリップチップを配置し
たサブマウントの上面露出領域にフリップチップに対す
る２つの取り出し電極が形成されていることを特徴とす
る。第１０の手段は、サブマウントの上面露出領域に
は、サブマウントの位置又は姿勢を判別するためのマー
クが形成されていることを特徴とする。
【００１６】第１１の手段は、サブマウント上にはフリ
ップチップから発光した光を反射する反射膜が形成され
ていることを特徴とする。第１２の手段は、サブマウン
ト上にはフリップチップから発光した光を反射する反射
膜を兼ねる、フリップチップに対する取り出し電極が形
成されていることを特徴とする。第１３の手段は、２つ
の取り出し電極は、フリップチップの下部に当たる部分
にも形成されており、フリップチップからの発光を反射
する反射膜を構成することを特徴とする。第１４の手段
は、２つの取り出し電極は、サブマウント上のほぼ全面
に形成されており、フリップチップからの発光を反射す
る反射膜を構成することを特徴とする。
【００１７】
【発明の作用効果】本発明の第１手段により、フリップ
チップがサブマウントに対して回転して配置されている
ので、サブマウントの４隅にフリップチップで覆われて
いない露出領域が存在する。この露出領域に配線のため
の電極を形成することができる。従って、フリップチッ
プの面積を可能な限り大きくした状態で、フリップチッ
プの光軸をサブマウントの略中心に配置することができ
る。この結果、リードフレーム上にサブマウントを配置
する時、フリップチップの光軸はリードフレームの略中
心となる。即ち、ランプの中心軸に一致することにな
り、発光輝度を犠牲にすることなく、均一な配光が得ら
れる。
【００１８】本発明の第２の手段により、フリップチッ
プ型発光ダイオードにおいて、略正方形のフリップチッ
プと、フリップチップを設置する略正方形のサブマウン
トとフリップチップの中心を通る中心軸と、サブマウン
トの中心を通る中心軸とをそれぞれ一致させ重ね合わせ
て、重ね合わせた中心を中心にして、フリップチップの
中心軸をサブマウントの中心軸に対して、所定の角度回
転させて設置させることにより、略正方形のサブマウン
トの中心に略正方形のフリップチップの中心を重ね合わ
せて配置しても、サブマウント上に三角形状の露出領域
が形成され、その領域に、取り出し電極を形成すること
ができるようになる。その結果、フリップチップを小さ
くすること無く、フリップチップの中心とサブマウント
の中心を一致させて配置し尚且つ、取り出し電極を形成
するサブマウントの上面露出領域を確保することができ
るようになる。
【００１９】さらに、フリップチップを配置したサブマ
ウントをリードフレームに戴置するに当たって、サブマ
ウントを略正方形に形成しているので、例えば、リード
フレームのパラボラの中心及び、中心軸にサブマウント
の中心及び、中心軸を一致させて、戴置することができ
るようになる。この結果、上下左右均一の配光が得ら
れ、さらに、同一のパラボラの面積に対して最大のサブ
マウントの面積を確保することができるようになるの
で、フリップチップ自身も大きくすることができるので
発光ダイオード自身を大きくすること無く高輝度の発光
ダイオードを得ることができるようになる。
【００２０】さらに、第３の発明により、回転の角度が
略４５度とされるので、フリップチップの面積が、サブ
マウントに対して最も大きな面積とすることができるの
で、より高輝度の発光ダイオードを得ることができるよ
うになる。
【００２１】さらに、第４の発明により、サブマウント
は半導体基板であって、半導体基板の中に過電圧防止の
ためのダイオードが形成されているので、そのダイオー
ド、例えば、ツエナーダイオードと発光ダイオードとが
並列に接続され、過電圧による発光ダイオードの破壊が
防止され、耐久性の向上が期待される。
【００２２】さらに、第５の発明により、過電圧防止の
ためのダイオードは、サブマウントの上面露出領域下の
半導体基板に形成されているので、放熱性が良く、この
ダイオードの熱破壊が防止される。特に、フリップチッ
プとサブマウントとを接続するバンプの外に設けられる
ことになる結果、バップによる発熱の影響を受けること
がなく、熱破壊が効果的に防止される。
【００２３】さらに、第６の発明により、絶縁膜に電極
を形成でき、また、半導体基板の中に、過電圧防止のた
めのダイオード等の半導体素子を形成することができ
る。さらに、第７の発明により、サブマウントである半
導体基板の裏面がフリップチップに対する２つの取り出
し電極のうち一方の電極とされ、半導体基板が、半導体
基板を戴置しフリップチップに電圧を印加するためのリ
ードフレームに直接接続されるようになる。これによ
り、サブマウント上にフリップチップに対する２つの取
り出し電極のうち、一方を形成する必要が無くなり、発
光ダイオードの製作が容易になる。
【００２４】さらに、第８の発明により、サブマウント
である半導体基板は絶縁性であって、フリップチップを
配置したサブマウントの上面露出領域にフリップチップ
に対する２つの取り出し電極が形成される。サブマウン
トに用いる半導体基板は、絶縁性のものであってもよ
く、その構成材料の選択範囲が広がる。
【００２５】さらに、第９の発明により、サブマウント
は絶縁性基板であって、フリップチップを配置したサブ
マウントの上面露出領域にフリップチップに対する２つ
の取り出し電極が形成されるので、取り出し電極と、フ
リップチップに電圧を印加するリードフレームとが、ワ
イヤーボンディングにより接続することができるように
なる。
【００２６】さらに、第１０の発明により、サブマウン
トの上面露出領域には、サブマウントの位置又は姿勢を
判別するためのマークが形成されているので、サブマウ
ントに対するフリップチップの位置合わせ及びサブマウ
ントとリードフレームとのワイヤボンデング時のサブマ
ウントの位置及び姿勢の制御が容易となる。
【００２７】さらに、第１１の発明により、フリップチ
ップから発光した光が反射膜で反射される結果、発光を
有効に外部に出力することができる。また、第１２、１
３、１４の発明により、フリップチップに対する取り出
し電極により発光を反射させているので、構造を簡単に
して、有効に発光を外部に出力させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定される
ものではない。先ず第１の実施例として、図１に示す発
光ダイオード１について説明する。その前に、本実施例
で使われている窒化ガリウム系化合物半導体よりなるフ
リップチップ１００の構造について説明する。図３にこ
のフリップチップ１００の断面図（ａ）及び平面図
（ｂ）を示す。１０１はサファイア基板、１０２は窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層、１０３は
シリコン（Ｓｉ）ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）から
なる高キャリア濃度のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層、１０４はInx Ga1-x N （０＜ｘ＜１）からなる活性
層、１０７は、ｐ型のAly Ga1-y N （０＜ｙ＜１）から
なるｐクラッド層１０５とｐ型の窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）からなるｐコンタクト層１０６より構成されたｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体層、１１０はニッケル（N
i）よりなる正電極、１２０はSiO2からなる絶縁性保護
膜、１３０は、銀（Ag）からなる金属層１３１とニッケ
ル（Ni）よりなる金属層１３２より構成された負電極で
ある。
【００２９】即ち、フリップチップ１００は、下層側に
形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０３
のエッチングによる側壁面１０より、ｎ型窒化ガリウム
系化合物半導体の層１０３より上側に形成された各層の
各側壁面１０を経て、p 型窒化ガリウム系化合物半導体
の層１０７の上に形成された正電極１１０の上部露出面
にまで渡って形成された絶縁性保護膜１２０と、n 型窒
化ガリウム系化合物半導体の層１０３の上部露出面より
絶縁性保護膜１２０上に渡って形成された負電極１３０
とを備えた構成となっている。
【００３０】図１において、（ａ）はサブマウント２０
の平面図。（ｂ）はサブマウント２０の（ａ）に示す破
線Ａ−Ａによる縦断面図。破線Ａ−Ａは、中心Ｐ１を通
る中心軸でもある。（ｃ）はフリップチップ１００を電
極側である裏面より見た平面図。（ｄ）は（ｃ）に示す
フリップチップ１００を中心Ｐ２を中心に中心軸Ｂ−Ｂ
を角度Ｒ回転させた図。ここでは、角度Ｒは略４５度で
ある。図２において、（ａ）は、サブマウント２０に、
サブマウント２０の中心軸Ａ−Ａと、フリップチップ１
００の中心軸Ｂ−Ｂを重ね合わせて、フリップチップ１
００を中心Ｐ２を中心に略４５度回転させて、配置した
発光素子部材７０の平面図。（ｂ）は、（ａ）に示す破
線Ｃ−Ｃに沿う発光素子部材７０の縦断面図。（ｃ）
は、発光素子部材７０をリードフレーム５０に戴置した
第１の実施例である発光ダイオード１の外観及び、構造
を模式的に表す縦断面図である。
【００３１】基台であるサブマウント２０は、セラミッ
クス、樹脂などの絶縁体で構成される。サブマウント２
０の表面には、アルミ蒸着による略帯状の正電極２１、
負電極２３の電極配線が、フリップチップ１００を略４
５度回転させて配置することにより形成される直角２等
辺三角形状の上面露出領域２８（図２（ａ）における斜
線を付した領域）に、対角上からフリップチップ１００
の正電極１１０、負電極１３０が配置される領域に形成
される。
【００３２】発光素子部材７０は、サブマウント２０の
中心Ｐ１とフリップチップ１００の中心Ｐ２をそれぞれ
重ね合わせ、さらに、サブマウント２０の中心軸Ａ−Ａ
と、フリップチップ１００の中心軸Ｂ−Ｂを重ね合わせ
て、重ね合わせた中心Ｐ１を中心に中心軸Ｂ−Ｂを略４
５度回転させた位置において（図２（ｃ）に示す）、フ
リップチップ１００の正電極１１０と、Ａｕによるマイ
クロバンプ３１により、サブマウント２０の正電極２１
が、同じくフリップチップ１００の負電極１３０と、Ａ
ｕによるマイクロバンプ３３により、負電極２３が電気
的に接続され、さらに溶着されることにより、固定配置
され構成される。
【００３３】サブマウント２０の表面に形成された正電
極２１上のボンディングパット２５はメタルポスト５１
から伸ばされた金線５７により、さらに、負電極２３上
のボンディングパット２７は他端子であるメタルステム
５３から伸ばされた金線５８によりその表面でワイヤボ
ンドされている。発光素子部材７０をパラボラ５５の中
心軸に戴置したリードフレーム５０は、樹脂モールド４
０で、総ての中心軸（図２（ｃ）に示す破線Ｄ−Ｄ）を
一致させモールドされている。
【００３４】上記のように構成することにより、フリッ
プチップ１００、サブマウント２０、パラボラ５５、お
よび樹脂モールド４０総ての中心軸を一致させた発光ダ
イオード１を製造することができるようになり、上下左
右で、即ち、発光ダイオード１の中心軸に垂直な平面上
において、中心に対して一様、均一な配光が得られる。
また、発光ダイオード１自身を大きくすること無く大き
なフリップチップ１００を配置することができるので、
高輝度な発光ダイオード１を得ることができるようにな
る
【００３５】次に第２の実施例として、図４および、図
５に示す発光ダイオード２について説明する。図４にお
いて、（ａ）はサブマウント２２０の平面図。（ｂ）は
サブマウント２２０の（ａ）に示す破線Ａ−Ａによる縦
断面図。（ｃ）は、サブマウント２２０に、サブマウン
ト２２０の中心Ｐ２０１を通る中心軸Ａ−Ａと、フリッ
プチップ１００の中心Ｐ２を通る中心軸Ｂ−Ｂを重ね合
わせて、重ね合わせた中心Ｐ２を中心にフリップチップ
１００の中心軸Ｂ−Ｂを略４５度回転させて、配置した
発光素子部材２７０の平面図。（ｄ）は、（ｃ）に示す
破線Ｃ−Ｃに沿う発光素子部材２７０の縦断面図。図５
は、発光素子部材２７０をリードフレーム５０に戴置し
た第２の実施例である発光ダイオード２の外観及び、構
造を模式的に表す縦断面図である。尚、フリップチップ
１００の構成は、第１実施例における、図１、図３に示
す構成と同一である。
【００３６】基台であるサブマウント２２０は、絶縁性
の半導体、例えばシリコン（Ｓｉ）基板２４０で構成さ
れ、シリコン基板２４０の中には、先ず３族元素のドー
プにより下層としてｐ層２４３を形成し、次にフリップ
チップ１００の正電極１１０とマイクロバンプ２３１に
より溶着する部分に５族元素のドープによりｎ層２４１
を形成する。この様にして構成されたｐ層ｎ層によるｐ
ｎ接合のダイオードは、フリップチップ１００の正電極
１１０とｎ層２４１、負電極１３０とｐ層２４３を接続
することによりツエナダイオードとして働く。ツエナダ
イオードの順方向動作電圧は、フリップチップ１００の
逆方向破壊電圧よりも小さく、逆方向ブレークダウン電
圧は、フリップチップ１００の動作電圧よりも大きくか
つ順方向破壊電圧よりも小さいことが望ましい。
【００３７】つぎに、サブマウント２２０の上表面全体
をSiO2よりなる絶縁皮膜２２４により一様に覆い、絶縁
皮膜２２４上にアルミ蒸着による略帯状の正電極２２
１、負電極２２３の電極配線がフリップチップ１００を
略４５度回転させて配置することにより形成される三角
形状の上面露出領域の対角上からフリップチップ１００
の正電極１１０、負電極１３０が配置される領域に形成
される。さらに、アルミ蒸着による正電極２２１のマイ
クロバンプ２３１形成部分および、負電極２２３のマイ
クロバンプ２３３形成部分には、エッチングによりｎ層
２４１および、ｐ層２４３にそれぞれ届く窓が絶縁皮膜
２２４に開けられている。
【００３８】発光素子部材２７０は、サブマウント２２
０の中心Ｐ２０１を通る中心軸Ａ−Ａと、フリップチッ
プ１００の中心Ｐ２を通る中心軸Ｂ−Ｂを重ね合わせ
て、重ね合わせた中心Ｐ２を中心に中心軸Ｂ−Ｂを略４
５度回転させた位置において、Ａｕによるマイクロバン
プ２３１により、フリップチップ１００の正電極１１
０、サブマウント２２０の正電極２２１および、サブマ
ウント２２０のｎ層２４１が、Ａｕによるマイクロバン
プ２３３によりフリップチップ１００の負電極１３０、
サブマウント２２０の負電極２２３および、サブマウン
ト２２０のｐ層２４３が、電気的に接続され、さらに溶
着されることにより、固定配置され構成される。
【００３９】サブマウント２２０の表面に形成された正
電極２２１上のボンディングパット２２５はメタルポス
ト５１から伸ばされた金線５７により、さらに、負電極
２２３上のボンディングパット２２７は他端子であるメ
タルステム５３から伸ばされた金線５８によりワイヤボ
ンドされている。発光素子部材２７０を戴置したリード
フレーム５０は、総ての中心軸（図５に示す破線Ｄ−
Ｄ）を一致させ樹脂モールド４０でモールドされてい
る。
【００４０】この様に構成することにより、実施例１と
同様に、上下左右均一な配光が得られると共に、発光ダ
イオード２自身を大きくすること無く大きなフリップチ
ップ１００を配置することができるので、高輝度な発光
ダイオード２を得ることができるようになる。さらに、
サブマウント２２０の内部にツエナダイオードを組み込
むことによりツエナダイオードとしての部品を配置する
こと無く、過電圧による破壊が防止され耐久性の向上が
図られる。
【００４１】さらに第３の実施例として、図６および、
図７に示す発光ダイオード３について説明する。図６に
おいて、（ａ）はサブマウント３２０の平面図。（ｂ）
はサブマウント３２０の（ａ）に示す破線Ａ−Ａによる
縦断面図。（ｃ）は、サブマウント３２０に、サブマウ
ント３２０の中心Ｐ３０１を通る中心軸Ａ−Ａと、フリ
ップチップ１００の中心Ｐ２を通る中心軸Ｂ−Ｂを重ね
合わせて、フリップチップ１００を略４５度回転させ
て、配置した発光素子部材３７０の平面図。（ｄ）は、
（ｃ）に示す破線Ｃ−Ｃに沿う発光素子部材３７０の縦
断面図。図７は、発光素子部材３７０をリードフレーム
５０に戴置した第３の実施例である発光ダイオード３の
外観及び、構造を模式的に表す縦断面図である。尚、フ
リップチップ１００の構成は、第１実施例における、図
１、図３に示す構成と同一である。
【００４２】基台であるサブマウント３２０は、ｐ層に
より構成された半導体基板である。例えば３族元素の不
純物を混入することにより製造されたシリコン（Ｓｉ）
基板３４３で構成され、基板３４３は下層としてｐ層３
４３を形成し、次にフリップチップ１００の正電極１１
０とマイクロバンプ３３１により溶着する部分に５族元
素のドープによりｎ層３４１を形成する。この様にして
構成されたｐ層ｎ層によるｐｎ接合のダイオードは、実
施例２で述べたとおりであるので省略する。
【００４３】つぎに、全体をSiO2よりなる絶縁皮膜３２
４により覆い、絶縁皮膜３２４上にアルミ蒸着による略
帯状の正電極３２１の電極配線がフリップチップ１００
を略４５度回転させて配置することにより形成される三
角形状の上面露出領域からフリップチップ１００の正電
極３２１が配置される領域に形成される。さらに、アル
ミ蒸着による正電極３２１のマイクロバンプ３３１形成
部分および、マイクロバンプ３３３形成部分には、エッ
チングによりｎ層３４１および、ｐ層３４３にそれぞれ
届く窓が絶縁皮膜３２４に開けられている。
【００４４】発光素子部材３７０は、サブマウント３２
０の中心Ｐ３０１を通る中心軸Ａ−Ａと、フリップチッ
プ１００の中心Ｐ２を通る中心軸Ｂ−Ｂを重ね合わせ
て、重ね合わせた中心Ｐ２を中心に中心軸Ｂ−Ｂを略４
５度回転させた位置において、Ａｕによるマイクロバン
プ３３１により、フリップチップ１００の正電極１１
０、サブマウント３２０の正電極３２１および、サブマ
ウント３２０のｎ層３４１が、Ａｕによるマイクロバン
プ３３３によりフリップチップ１００の負電極１３０、
サブマウント３２０の負電極３２３および、サブマウン
ト３２０のｐ層３４３が、電気的に接続され、さらに溶
着されることにより、固定配置され構成される。
【００４５】サブマウント３２０の表面に形成された正
電極３２１上のボンディングパット３２５はメタルポス
ト５１から伸ばされた金線５７によりワイヤボンドされ
ている。さらに、負電極はサブマウント３２０が導電性
の半導体基板で構成されているので、サブマウント３２
０の裏面３２７と、他端子であるメタルステム５３の平
坦部５４とが例えば、銀ペースト等で接着され電気的に
接続され固定される。発光素子部材３７０は、パラボラ
５５の中心軸であるメタルステム５３の中心軸に戴置さ
れ、さらに、樹脂モールド４０により、総ての中心軸
（図７に示す破線Ｄ−Ｄ）を一致させモールドされるこ
とにより、発光ダイオード３を構成する。
【００４６】この様に構成することにより、実施例１と
同様に、上下左右均一な配光が得られると共に、発光ダ
イオード２自身を大きくすること無く大きなフリップチ
ップ１００を配置することができるので、高輝度な発光
ダイオード２を得ることができるようになる。さらに、
実施例２と同様にサブマウント３２０の内部にツエナダ
イオードを組み込むことによりツエナダイオードとして
の部品を配置すること無く、過電圧による破壊が防止さ
れ耐久性の向上が図られる。さらに、サブマウント３２
０を導電性の半導体基板により構成するので、サブマウ
ント３２０の裏面３２７をメタルステム５３と接続する
一方の電極とすることができるので、電極形成及び、ワ
イヤボンディングによる配線を一方の電極だけすれば良
くなり、発光ダイオード３の製造工程の軽減が望める。
尚、サブマウント３２０の裏面３２７には必要により金
が蒸着される。
【００４７】次に、第４実施例について図１０、図１１
を参照して説明する。図１０において、（ａ）はフリッ
プチップ１００の平面図、（ｂ）は、サブマウント４２
０の平面図、（ｃ）はフリップチップ１００の層構造を
示した断面図である。図１１において、（ａ）は、サブ
マウント４２０に、サブマウント４２０の中心Ｐ４０１
を通る中心軸Ａ−Ａと、フリップチップ１００の中心Ｐ
２を通る中心軸Ｂ−Ｂを重ね合わせて、フリップチップ
１００を略４５度回転させて、配置した発光素子部材４
７０の平面図。（ｂ）はサブマウント４２０の（ａ）に
示す破線Ｃ−Ｃによる断面図である。
【００４８】フリップチップ１００は、図１０の（ａ）
に示すように、正電極１１０と、負電極１３０が形成さ
れている。電極材料は共に、ロジウム（Ｒｈ）／金（Ａ
ｕ）の２層構造である。他の層は、図３の構成と同一で
あり、同一機能を有する層には同一番号が付されてい
る。本実施例では、絶縁膜１２０は存在しない。尚、電
極は、ロジウムと金の２層でも合金状態でも良い。
【００４９】基台であるサブマウント４２０は、ｎ層に
より構成された半導体基板である。例えば５族元素の不
純物を混入することにより製造されたシリコン（Ｓｉ）
基板４４３で構成され、基板４４３は下層としてｎ層４
４３を形成し、次にフリップチップ１００の負電極１３
０とマイクロバンプ４３３により溶着する部分に３族元
素のドープによりｐ層４４１を形成する。この様にして
構成されたｐ層ｎ層によるｐｎ接合のダイオードは、実
施例２、３で述べたのと、伝導型が反転しているだけ
で、他の構成及び作用は同一であのるので、説明を省略
する。
【００５０】つぎに、全体をSiO2よりなる絶縁皮膜４２
４により覆い、絶縁皮膜４２４上にアルミ蒸着により反
射膜を兼ねる負電極４２１が、フリップチップ１００を
略４５度回転させて配置することにより形成される上面
露出領域に形成される。この負電極４２１はサブマウン
ト４２０の上面の図１１（ａ）に示す下半分のほぼ全面
に形成されている。この負電極４２１上には、フリップ
チップ１００の負電極１３０を接続するためのマイクロ
バンプ４３３が形成されている。さらに、サブマウント
４２０の図１１（ａ）上半分の略全面の絶縁皮膜４２４
上にはアルミ蒸着により反射膜を兼ねる正電極４２２が
形成されている。絶縁皮膜４２４には窓が形成されてお
り、その窓を介して正電極４２２が半導体基板であるｎ
層４４３に電気的に接続されている。その窓の部分に
は、フリップチップ１００の正電極１１０と接続される
マイクロバンプ４３１ａ，４３１ｂ（図示略），４３１
ｃ（図示略）が、正電極４２２上に形成されており、こ
のバンプを介して、フリップチップ１００の正電極１０
０がｎ層４４３と電気的に接続されることになる。ま
た、ｐ層４４１は、絶縁皮膜４２４に形成された窓を介
して、負電極４２１と接続されている。
【００５１】また、負電極４２１の一部には、例えば、
直角のマーク４２５が形成されている。このマーク４２
５は、この形状部分だけアルミニウムを蒸着しないか、
蒸着後にこの部分をエッチングするか、その他の色の異
なるものをこの形状に蒸着するかして形成される。この
マーク４２５の存在により、フリップチップとサブマウ
ントとの位置合わせ、サブマウントに対するワイヤボン
ディグ時のサブマウントの位置及び姿勢の制御に用いる
ことができる。よって、製造が簡単となる。このように
本実施例では、サブマウントである半導体基板上の絶縁
膜の上に、アルミニウからなる負電極４２１と正電極４
２２とがほぼ全面に形成されているのて、これらは反射
膜を構成する。よって、フリップチップ１００からの発
光がこの反射膜で効率良く反射されて、サファイア基板
の全面から光を効率良く出力することができる。
【００５２】発光素子部材４７０は、サブマウント４２
０の中央部分に存在するＰ４０１を通る中心軸Ａ−Ａ
と、フリップチップ１００の中心Ｐ２を通る中心軸Ｂ−
Ｂを重ね合わせて、重ね合わせた中心Ｐ２を中心に中心
軸Ｂ−Ｂを略４５度回転させて接合することで構成され
ている。接合は、Ａｕによるマイクロバンプ４３１ａ，
４３１ｂ（図示略），４３１ｃ（図示略），４３３によ
る溶着により行われる。
【００５３】サブマウント４２０の表面に形成された負
電極４２１上のボンディングパット４２５は、図７に示
すのと同様に、メタルポスト５１から伸ばされた金線５
７によりワイヤボンドされている。さらに、サブマウン
ト４２０が導電性の半導体基板で構成されているので、
サブマウント４２０の裏面４２７に形成された金蒸着層
と、他端子であるメタルステム５３の平坦部５４とが例
えば、銀ペースト等で接着されることで、正電極はメタ
ルステム５３と接続される。発光素子部材４７０は、パ
ラボラ５５の中心軸であるメタルステム５３の中心軸に
戴置され、さらに、樹脂モールド４０により、総ての中
心軸（図７に示す破線Ｄ−Ｄ）を一致させモールドされ
ることにより、発光ダイオード３を構成する。
【００５４】この様に構成することにより、実施例１〜
３と同様に、上下左右均一な配光が得られると共に、発
光ダイオード２自身を大きくすること無く大きなフリッ
プチップ１００を配置することができるので、高輝度な
発光ダイオード２を得ることができるようになる。さら
に、実施例２と同様にサブマウント３２０の内部にツエ
ナダイオードを組み込むことによりツエナダイオードと
しての部品を配置すること無く、図９に示す回路構成に
より、過電圧による破壊が防止され耐久性の向上が図ら
れる。さらに、サブマウント４２０を導電性の半導体基
板により構成するので、サブマウント４２０の裏面４２
７をメタルステム５３と接続する一方の電極とすること
ができるので、電極形成及び、ワイヤボンディングによ
る配線を一方の電極だけすれば良くなり、発光ダイオー
ド３の製造工程の軽減が望める。
【００５５】本実施例では、ツエナーダイオードがフリ
ップチップで覆われていない部分、特に、バンプの形成
されていない部分に形成されている。よって、発光ダイ
オードによる発熱、特に、バンプによる発熱によりツナ
ーダイオードが破壊されることが防止される。又、ツエ
ナーダイオードは、ワイヤボンディグされない部分に形
成されているため、ワイヤボンディング時の熱破壊、機
械的歪みの印加が防止される。又、サブマウント上にア
ルミニウムによる反射膜を形成しているので、光を取り
出し面側に効果的に出力させることが可能となる。尚、
この反射膜はサブマウント上において、フリップチップ
の下部に少なくとも形成されておれば良い。又、サブマ
ウント上、フリップチップの下部以外に反射膜が形成さ
れていれば、全体として背面を明るくすることができ
る。又、この反射膜は、正電極４２２及び負電極４２１
と兼用したが、電極とは別に反射膜を形成しても良い。
【００５６】本発明はフリップチップをサブマウントに
対して回転して配置し、サブマウントの三角形状に露出
している部分に、ワイヤボンディングのための配線電極
を形成するようにしたものである。よって、フリップチ
ップの面積を小さくすることな、その光軸をサブマウン
トの中央部に置くことができ、光の配光を一様且つ均一
にすることができる。
【００５７】尚、第２〜第４実施例において、サブマウ
ントを絶縁性の半導体とすることで、半導体の表面に絶
縁性皮膜を形成することなく、配線電極を形成すること
ができる。また、半導体基板の中にツエナーダイオード
を形成するが可能となる。
【００５８】上記実施例において、フリップチップ１０
０の正電極１１０は、ニッケル（Ni）又は、正電極及び
負電極は、ロジウム（Ｒｈ）／金（Ａｕ）で構成されて
いるが、正電極は、プラチナ（Pt）コバルト（Co）、金
（Au）、パラジウム（Pd）、ニッケル（Ni）、マグネシ
ウム（Mg）、銀（Ag）、アルミニウム（Al）、バナジウ
ム（V ）、マンガン（Mn）、ビスマス（Bi）、レニウム
（Re）、銅（Cu）、すず（Sn）、又はロジウム（Rh）の
うちの少なくとも１種類の金属を含んでいる単層構造の
電極であっても、また、これらの金属を２種類以上含ん
だ多層構造の電極であっても良い。
【００５９】又、負電極１３０は、プラチナ（Pt）、コ
バルト（Co）、金（Au）、パラジウム（Pd）、ニッケル
（Ni）、マグネシウム（Mg）、銀（Ag）、アルミニウム
（Al）、バナジウム（V ）、銅（Cu）、すず（Sn）、ロ
ジウム（Rh）、チタン（Ti）、クロム（Cr）、ニオブ
（Nb）、亜鉛（Zn）、タンタル（Ta）、モリブデン（M
o）、タングステン（W ）又はハフニウム（Hf）のうち
の少なくとも１種類の金属を含んでいる単層構造の電極
であっても、また、これらの金属を２種類以上含んだ多
層構造の電極であっても良い。
【００６０】さらに、回転の角度を略４５度としたが、
電極配線のための露出領域が確保されれば良くその角度
は任意である。同様に、形成される露出領域も上記実施
例では、略直角２等辺三角形であるが，三角形の形は任
意である。
【００６１】さらに、絶縁皮膜２２４、３２４は、絶縁
性の皮膜であれば良くSiO2に限らない。窒化硅素、酸化
チタン等を用いることができる。同様に、マイクロバン
プ及びワイヤは、導電性材料であれば良くＡｕに限らな
い。さらに、アルミ蒸着による反射膜、又は、反射膜を
兼ねる正電極および、負電極は、それ以外の導電性があ
り光反射率が高い材料により形成されても良い。さらに
実施例２におけるサブマウント２２０は、絶縁性のＳｉ
基板としたが、絶縁性の半導体基板であれば、Ｓｉ以外
の素材であっても良く、実施例３におけるサブマウント
３２０は、導電性のＳｉ基板としたが、ｐ層を構成でき
る素材であればこれに限らない。
【００６２】さらに、メタルステム５３を負極、メタル
ポスト５１を正極としたが、一般的な構成であって、逆
に構成しても良い。ただし、その場合は、ｐ層、ｎ層も
逆に構成することとなる。過電圧防止のためのダイオー
ドは、ツエナーダイオードに限定されない。アバランシ
ェダイオード、その他のダイオードを用いることができ
る。この過電圧防止のためのダイオードの動作電圧（ツ
ェナー電圧）は、使用環境下で発光素子の駆動電圧Ｖf
より低くならず、且つ、できるだけ低い電圧に設定する
のが良い。例えば、ツェナー電圧の下限値＝発光素子の
駆動電圧Ｖf ＋発光素子の製造による駆動電圧Ｖf のば
らつき幅＋発光素子の温度特性による駆動電圧Ｖf のば
らつき幅＋ツェナーダイオードの製造によるツェナー電
圧のばらつき幅＋ツェナーダイオードの温度特性による
ツェナー電圧のばらつき幅で決定する。このような設計
により、ツェナー電圧は６．２ｖにすることができ、静
電耐圧を３０００ｖ以上を達成することができた。発光
ダイオードの層構造は、図３のものに限定されるもので
はない。発光層には単一量子井戸構造、多重量子井戸構
造を用いても良い。また、発光ダイオードはレーザであ
っても良い。即ち、面発光レーザであっても良い。発光
ダイオードの基板はサファイア基板に限定されない。ス
ピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガ
リウム、砒化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガ
ン等の材料を用いることができる。また、サブマウント
を半導体で構成する場合には、シリコン、ガリウム砒
素、炭化硅素、その他の半導体基板を用いることが可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る発光ダイオードの構
成を示した説明図。
【図２】同じく発光ダイオードの構成を示した説明図。
【図３】本発明に用いるフリップチップ型発光素子の説
明図。
【図４】本発明の第２実施例に係る発光ダイオードの構
造を示した説明図。
【図５】同じく発光ダイオードの構造を示した説明図。
【図６】本発明の第３実施例に係る発光ダイオードの構
造を示した説明図。
【図７】同じく発光ダイオードの構造を示した説明図。
【図８】本発明の第１実施例の回路図。
【図９】本発明の第２、第３及び第４実施例の回路図。
【図１０】本発明の第４実施例に係る発光ダイオードの
構造を示した説明図。
【図１１】本発明の第４実施例に係る発光ダイオードの
構造を示した説明図。
【図１２】従来技術に係る発光ダイオードの構造を示し
た説明図。
【図１３】同じく発光ダイオードの構造を示した説明
図。
【符号の説明】
１、２、３、５…発光ダイオード ２０、２２０、３２０、５２０…サブマウント ２１、２２１、３２１、５２１…正電極 ２３、２２３、５２２…負電極 ２８、２２８、３２８、５２８…上面露出領域 ３１、２３１、３３１、４３１ａ、４３１ｂ、４３１
ｃ、５３１…正電極を接続するマイクロバンプ ３３、２３３、３３３、４３３、５３３…負電極を接続
するマイクロバンプ ２４１…ｎ層 ２４３…ｐ層 ２４０…ｎ層（半導体基板） ３４１…ｎ層 ３４３…ｐ層（半導体基板） ４４１…ｐ層 ４４３…ｎ層（半導体基板） ４０…樹脂モールド ５０…リードフレーム ５１…メタルポスト ５３…メタルステム ５４…平坦部 ５５…パラボラ ５７、５８…金線 ７０、２７０、３７０、５７０…発光素子部材 １００…フリップチップ １０１…サファイア基板 １０２…バッファ層 １０３…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層 １０４…活性層 １０５…ｐクラッド層 １０６…ｐコンタクト層 １０７…ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層 １１０…正電極 １２０…絶縁性保護膜 １３０…負電極 Ｐ１、Ｐ２０１、Ｐ３０１、Ｐ５０１…サブマウントの
中心 破線Ａ−Ａ…Ｐ１、Ｐ２０１、Ｐ３０１、Ｐ５０１を通
るサブマウントの中心軸 Ｐ２…フリップチップの中心 破線Ｂ−Ｂ…Ｐ２を通るフリップチップの中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 幸雄 東京都練馬区東大泉４丁目26番11号 株式 会社光波内 (72)発明者 手島 聖貴 東京都練馬区東大泉４丁目26番11号 株式 会社光波内 Ｆターム(参考） 5F041 AA04 AA23 AA37 AA44 AA47 CA04 CA05 CA12 CA13 CA33 CA34 CA35 CA37 CA40 CA41 CA46 CA57 CA74 CA82 CA83 CA85 CA92 DA02 DA07 DA09 DA12 DA18 DA20 DA26 DA43 DA83 DB01

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フリップチップ型半導体発光素子であるフ
    リップチップを用いた発光ダイオードにおいて、 矩形のフリップチップと、 前記フリップチップを設置し、前記フリップチップの対
    角線長以上の短辺を有する矩形のサブマウントと、 前記フリップチップの一辺が前記サブマウントの一辺に
    対して交差するように前記フリップチップの面に垂直な
    中心軸の回りに所定の角度回転させて設置させたことを
    特徴とするフリップチップ型発光ダイオード。
  2. 【請求項２】フリップチップ型半導体発光素子であるフ
    リップチップを用いた発光ダイオードにおいて、 略正方形のフリップチップと、 前記フリップチップを設置する略正方形のサブマウント
    と、 前記フリップチップの中心を通る中心軸と、前記サブマ
    ウントの中心を通る中心軸とをそれぞれ一致させ重ね合
    わせて、 前記重ね合わせた中心を中心にして、前記フリップチッ
    プの中心軸を前記サブマウントの中心軸に対して、所定
    の角度回転させて設置させたことを特徴とするフリップ
    チップ型発光ダイオード。
  3. 【請求項３】前記所定の角度は、略４５度であることを
    特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフリップチッ
    プ型発光ダイオード。
  4. 【請求項４】前記サブマウントは半導体基板であって、
    前記半導体基板の中に過電圧防止のためのダイオードが
    形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３
    のいずれか１項に記載のフリップチップ型発光ダイオー
    ド。
  5. 【請求項５】前記過電圧防止のためのダイオードは、前
    記サブマウントの上面露出領域下の半導体基板に形成さ
    れていることを特徴とする請求項４に記載のフリップチ
    ップ型発光ダイオード。
  6. 【請求項６】前記サブマウントは絶縁膜が上面に形成さ
    れた半導体基板であって、前記フリップチップを配置し
    た前記サブマウントの上面露出領域の絶縁膜上に、前記
    フリップチップに対する２つの取り出し電極のうち少な
    くとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１
    乃至請求項５のいずれか１項に記載のフリップチップ型
    発光ダイオード。
  7. 【請求項７】前記半導体基板の裏面が前記フリップチッ
    プに対する２つの取り出し電極のうち一方の電極となっ
    ており、 前記半導体基板が、前記半導体基板を戴置し、前記フリ
    ップチップに電圧を印加するためのリードフレームに直
    接接続されていること特徴とする請求項４又は請求項６
    のいずれか１項に記載のフリップチップ型発光ダイオー
    ド。
  8. 【請求項８】前記半導体基板は絶縁性であって、前記フ
    リップチップを配置した前記サブマウントの上面露出領
    域に前記フリップチップに対する２つの取り出し電極が
    形成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５
    に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
  9. 【請求項９】前記サブマウントは絶縁性基板であって、
    前記フリップチップを配置した前記サブマウントの上面
    露出領域に前記フリップチップに対する２つの取り出し
    電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請
    求項３のいずれか１項に記載のフリップチップ型発光ダ
    イオード。
  10. 【請求項１０】前記サブマウントの上面露出領域には、
    前記サブマウントの位置又は姿勢を判別するためのマー
    クが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求
    項８のいずれか１項に記載のフリップチップ型発光ダイ
    オード。
  11. 【請求項１１】前記サブマウント上には前記フリップチ
    ップから発光した光を反射する反射膜が形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１
    項に記載のフリップチップ型発光ダイオード。
  12. 【請求項１２】前記サブマウント上には前記フリップチ
    ップから発光した光を反射する反射膜を兼ねる、前記フ
    リップチップに対する取り出し電極が形成されているこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
    記載のフリップチップ型発光ダイオード。
  13. 【請求項１３】前記２つの取り出し電極は、前記フリッ
    プチップの下部に当たる部分にも形成されており、前記
    フリップチップからの発光を反射する反射膜を構成する
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のフリッ
    プチップ型発光ダイオード。
  14. 【請求項１４】前記２つの取り出し電極は、前記サブマ
    ウント上のほぼ全面に形成されており、前記フリップチ
    ップからの発光を反射する反射膜を構成することを特徴
    とする請求項８又は請求項９に記載のフリップチップ型
    発光ダイオード。
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