JP2003060243A - Composite light-emitting element - Google Patents

Composite light-emitting element

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JP2003060243A
JP2003060243A JP2001247966A JP2001247966A JP2003060243A JP 2003060243 A JP2003060243 A JP 2003060243A JP 2001247966 A JP2001247966 A JP 2001247966A JP 2001247966 A JP2001247966 A JP 2001247966A JP 2003060243 A JP2003060243 A JP 2003060243A
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light
light emitting
emitting element
submount
emitting device
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Hisakazu Kawahara
久和 川原
Tomio Inoue
登美男 井上
Masafumi Shinahama
政文 尻無浜
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high intensity composite light-emitting element, capable of efficiently collecting light traveling from a light-emitting element to a sub- mount device side. SOLUTION: The composite light-emitting element is composed of a sub- mount element 1, using a white alumina ceramic substrate 1a and a flip chip type blue-color light-emitting element 2 conductively mounted on the sub-mount element 1. The light traveling from the light-emitting element 2 to the sub-mount element 1 side is reflected to a main light extracting face side by the white alumina ceramic substrate 1a and is collected efficiently.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ型
の半導体発光素子とこれを導通搭載するサブマウント素
子とによる複合発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite light emitting device including a flip-chip type semiconductor light emitting device and a submount device for conductively mounting the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN,GaAlN,InGaNおよび
InAlGaN等のGaN系化合物半導体を利用した青
色発光の発光ダイオード(以下、「LED」と記す)
は、一般に絶縁性のサファイアを基板とし、この基板に
積層した化合物半導体の表面側にp側およびn側の電極
を形成し、これらの電極面に表面実装するいわゆるフリ
ップチップ型の発光素子として用いられる。このような
フリップチップ型の発光素子は、基板のサファイアが光
透過性であるため、基板を発光方向側に向かせた姿勢と
して導通基板に実装し、基板の表面(電極形成面と反対
側)を主光取り出し面として使うことができる。そし
て、近来では、発光素子のチップを機器の導通基板に実
装搭載するのに代えて、たとえばツェナーダイオードに
よる静電気保護を目的としたサブマウント素子に搭載し
た複合発光素子が有効な発光源として利用されている。
2. Description of the Related Art A blue light emitting diode (hereinafter referred to as "LED") using a GaN-based compound semiconductor such as GaN, GaAlN, InGaN and InAlGaN.
Is generally used as a so-called flip-chip type light-emitting element in which insulating sapphire is used as a substrate, p-side and n-side electrodes are formed on the surface side of a compound semiconductor laminated on this substrate, and these electrodes are surface-mounted. To be In such a flip-chip type light emitting device, since the sapphire of the substrate is light-transmissive, the substrate is mounted on the conductive substrate in a posture in which the substrate faces the light emitting direction side, and the surface of the substrate (the side opposite to the electrode formation surface) Can be used as the main light extraction surface. Recently, instead of mounting the chip of the light emitting element on the conduction board of the device, a composite light emitting element mounted on a submount element for the purpose of electrostatic protection by a Zener diode is used as an effective light source. ing.

【0003】図3は従来の複合発光素子の例であって、
(a)は平面図、(b)は正面図である。
FIG. 3 shows an example of a conventional composite light emitting device.
(A) is a plan view and (b) is a front view.

【0004】図示のように、複合発光素子は、電子機器
等に内蔵された実装基板(図示せず)に導通搭載される
サブマウント素子11と、このサブマウント素子11の
上に導通搭載された青色発光のフリップチップ型の発光
素子12とによって構成されている。
As shown in the figure, the composite light-emitting device is conductively mounted on a sub-mount device 11 which is conductively mounted on a mounting substrate (not shown) built in an electronic device or the like, and conductively mounted on the sub-mount device 11. And a flip-chip type light emitting element 12 that emits blue light.

【0005】サブマウント素子11はn型のシリコン基
板11aを用いたもので、このシリコン基板11aの底
面には実装基板の電極に導通搭載されるn電極11bを
形成している。また、シリコン基板11aの上面には、
このシリコン基板11aの一部に形成したp型半導体領
域に接触するp側電極11cとn型半導体領域に接触す
るn側電極11dがそれぞれ形成されている。
The submount element 11 uses an n-type silicon substrate 11a, and an n electrode 11b which is conductively mounted on an electrode of a mounting substrate is formed on the bottom surface of the silicon substrate 11a. In addition, on the upper surface of the silicon substrate 11a,
A p-side electrode 11c that contacts the p-type semiconductor region and an n-side electrode 11d that contacts the n-type semiconductor region are formed in a part of the silicon substrate 11a.

【0006】発光素子12は、GaN系化合物半導体を
利用した高輝度の青色発光のもので、この発光素子12
は、サファイアを素材とした基板12aの表面に、たと
えばGaNのn型層,InGaNの活性層およびGaN
のp型層を積層したものである。そして、従来周知のよ
うに、p型層の一部をエッチングしてn型層を露出さ
せ、この露出したn型層の表面にn側電極(図示せず)
を形成し、p型層の表面にはp側電極(図示せず)を形
成し、n側電極をサブマウント素子11のp側電極11
cに、p側電極をサブマウント素子11のn側電極11
dにそれぞれバンプ電極13a,13bを介して接合し
ている。
The light-emitting element 12 is a high-luminance blue light-emitting element that uses a GaN-based compound semiconductor.
On the surface of the substrate 12a made of sapphire, for example, an n-type layer of GaN, an active layer of InGaN, and GaN.
Of the p-type layer. Then, as is conventionally known, a part of the p-type layer is etched to expose the n-type layer, and an n-side electrode (not shown) is formed on the surface of the exposed n-type layer.
And a p-side electrode (not shown) is formed on the surface of the p-type layer, and the n-side electrode is the p-side electrode 11 of the submount element 11.
c, the p-side electrode is the n-side electrode 11 of the submount element 11
It is joined to the d via the bump electrodes 13a and 13b, respectively.

【0007】サブマウント素子11はその底面のn電極
11bを実装基板(図示せず)の配線パターン上に導通
搭載され、その上面のp側電極11cを実装基板の配線
パターンにワイヤ(図示せず)ボンディングされる。こ
のような導通構造によって、電源側と発光素子12とが
導通し、通電によって活性層からの青色発光が得られ
る。そして、この活性層からの青色発光は透明のサファ
イアを利用した基板12aを抜けて上方に放出され、こ
の基板12aの上面が主光取り出し面となる。なお、活
性層からの光は側方および下方にも抜け、下方に向かう
光は発光素子12のp側電極やサブマウント素子11の
p側およびn側の電極11c,11dで反射されて主光
取り出し面と同じ向きの発光として回収される。
In the submount element 11, the n-electrode 11b on the bottom surface thereof is conductively mounted on the wiring pattern of the mounting substrate (not shown), and the p-side electrode 11c on the upper surface thereof is connected to the wiring pattern of the mounting substrate by wires (not shown). ) Bonded. With such a conductive structure, the power source side and the light emitting element 12 are electrically connected, and blue light emission from the active layer is obtained by energization. Then, the blue light emitted from the active layer passes through the substrate 12a made of transparent sapphire and is emitted upward, and the upper surface of the substrate 12a becomes the main light extraction surface. The light from the active layer also escapes laterally and downward, and the downward light is reflected by the p-side electrode of the light-emitting element 12 and the p-side and n-side electrodes 11c and 11d of the submount element 11 to be the main light. It is collected as light emission in the same direction as the extraction surface.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、サブマウン
ト素子11を構成するシリコン基板11aは、GaN系
化合物半導体を利用したLEDから発光される波長45
0nm(青)〜560nm(緑)の光を吸収する。その
ため、発光素子12から下方に向かう光の一部がこのシ
リコン基板11aによって吸収され、複合発光素子の輝
度を低下させる原因となっている。
However, the silicon substrate 11a constituting the submount element 11 has a wavelength of 45 emitted from an LED using a GaN compound semiconductor.
It absorbs light from 0 nm (blue) to 560 nm (green). Therefore, a part of the light traveling downward from the light emitting element 12 is absorbed by the silicon substrate 11a, which causes a decrease in the brightness of the composite light emitting element.

【0009】そこで、本発明においては、発光素子から
サブマウント素子側へ向かう光を効率よく回収可能とし
た高輝度な複合発光素子を提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a high-luminance composite light-emitting device capable of efficiently collecting light traveling from the light-emitting device to the submount device side.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、サブマウント素子上に発光素子を導通搭載し
た複合発光素子において、サブマウント素子は、少なく
とも発光素子の搭載面が白色系絶縁体であることを特徴
とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a composite light emitting device in which a light emitting device is conductively mounted on a submount device. In the submount device, at least the mounting surface of the light emitting device is white-based insulation. Characterized by being a body.

【0011】本発明によれば、発光素子からサブマウン
ト素子側へ向かう光を発光素子搭載面の白色系絶縁体に
より主光取り出し面側へ反射し、効率よく回収すること
が可能な高輝度な複合発光素子が得られる。
According to the present invention, the light traveling from the light emitting element to the submount element side is reflected to the main light extraction surface side by the white insulator on the light emitting element mounting surface and can be efficiently collected with high brightness. A composite light emitting device is obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、サブマ
ウント素子上に発光素子を導通搭載した複合発光素子に
おいて、前記サブマウント素子は、少なくとも前記発光
素子の搭載面が白色系絶縁体であることを特徴とする複
合発光素子であり、発光素子からサブマウント素子側へ
向かう光を発光素子搭載面の白色系絶縁体により主光取
り出し面側へ反射して効率よく回収することができる。
A first aspect of the present invention is a composite light emitting element in which a light emitting element is conductively mounted on a submount element, wherein at least the mounting surface of the light emitting element of the submount element is a white insulator. It is a composite light emitting element characterized in that the light traveling from the light emitting element to the submount element side can be efficiently reflected by being reflected to the main light extraction surface side by the white insulator of the light emitting element mounting surface. .

【0013】請求項2に記載の発明は、前記サブマウン
ト素子は、アルミナセラミック基板を用いたものである
請求項1記載の複合発光素子であり、発光素子からサブ
マウント素子側へ向かう光をアルミナセラミック基板に
より主光取り出し面側へ反射して効率よく回収すること
ができる。
The invention according to claim 2 is the composite light-emitting element according to claim 1, wherein the submount element uses an alumina ceramic substrate, and the light emitted from the light-emitting element to the submount element side is alumina. By the ceramic substrate, the light can be reflected to the main light extraction surface side and efficiently collected.

【0014】請求項3に記載の発明は、前記サブマウン
ト素子は、セラミックコンデンサを用いたものである請
求項1記載の複合発光素子であり、発光素子からサブマ
ウント素子側へ向かう光をセラミックコンデンサにより
主光取り出し面側へ反射して効率よく回収することがで
きるとともに、発光素子をセラミックコンデンサにより
静電保護することができる。
The invention according to claim 3 is the composite light emitting device according to claim 1, wherein the submount element is a ceramic capacitor, and the light traveling from the light emitting element to the submount element side is ceramic capacitor. Thus, the light can be efficiently reflected by being reflected toward the main light extraction surface side, and the light emitting element can be electrostatically protected by the ceramic capacitor.

【0015】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】(実施の形態1)図1は本発明の第1実施
形態における複合発光素子の例であって、(a)は平面
図、(b)は正面図である。
(First Embodiment) FIGS. 1A and 1B show an example of a composite light emitting device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a front view.

【0017】図1において、複合発光素子は、白色系絶
縁体としての白色のアルミナセラミック基板1aを用い
たサブマウント素子1と、このサブマウント素子1の上
に導通搭載された青色発光のフリップチップ型の発光素
子2とによって構成される。サブマウント素子1の上面
には、n側電極1bおよびp側電極1cが形成されてい
る。
In FIG. 1, the composite light emitting device is a submount device 1 using a white alumina ceramic substrate 1a as a white insulator, and a blue light emitting flip chip conductively mounted on the submount device 1. Light emitting element 2 of the mold. An n-side electrode 1b and a p-side electrode 1c are formed on the upper surface of the submount element 1.

【0018】発光素子2は、GaN系化合物半導体を利
用した高輝度の青色発光のもので、この発光素子2は、
サファイアを基材とした基板2aの表面に、たとえばG
aNのn型層,InGaNの活性層およびGaNのp型
層を積層したものである。そして、従来周知のように、
p型層の一部をエッチングしてn型層を露出させ、この
露出したn型層の表面にn側電極(図示せず)を形成
し、p型層の表面にはp側電極(図示せず)を形成し、
n側電極をサブマウント素子1のn側電極1bに、p側
電極をサブマウント素子1のp側電極1cにそれぞれバ
ンプ電極3a,3bを介して接合している。
The light-emitting element 2 is a high-luminance blue light-emitting element using a GaN-based compound semiconductor.
On the surface of the substrate 2a made of sapphire, for example, G
An n-type layer of aN, an active layer of InGaN, and a p-type layer of GaN are laminated. And, as is well known,
A part of the p-type layer is etched to expose the n-type layer, an n-side electrode (not shown) is formed on the exposed surface of the n-type layer, and a p-side electrode (see FIG. (Not shown),
The n-side electrode is bonded to the n-side electrode 1b of the submount element 1, and the p-side electrode is bonded to the p-side electrode 1c of the submount element 1 via bump electrodes 3a and 3b, respectively.

【0019】サブマウント素子1は、その上面のn側電
極1bおよびp側電極1cを実装基板の配線パターンに
ワイヤ(図示せず)ボンディングされる。このような導
通構造によって、電源側と発光素子1とが導通し、通電
によって活性層からの青色発光が得られる。そして、こ
の活性層からの青色発光は透明のサファイアを利用した
基板2aを抜けて上方に放出され、この基板2aの上面
が主光取り出し面となる。
In the submount element 1, the n-side electrode 1b and the p-side electrode 1c on the upper surface are wire-bonded (not shown) to the wiring pattern of the mounting substrate. With such a conductive structure, the power source side and the light emitting element 1 are electrically connected, and blue light emission from the active layer is obtained by energization. Then, the blue light emitted from this active layer passes through the substrate 2a made of transparent sapphire and is emitted upward, and the upper surface of this substrate 2a becomes the main light extraction surface.

【0020】なお、活性層からの光は側方および下方に
も抜け、下方に向かう光は発光素子2のp側電極、サブ
マウント素子1のn側およびp側の電極1b,1cやサ
ブマウント素子1のアルミナセラミック基板1aで反射
されて主光取り出し面と同じ向きの発光として回収され
る。
The light from the active layer also escapes laterally and downward, and the light traveling downward is directed to the p-side electrode of the light emitting element 2, the n-side and p-side electrodes 1b and 1c of the submount element 1, and the submount. The light is reflected by the alumina ceramic substrate 1a of the element 1 and collected as light emission in the same direction as the main light extraction surface.

【0021】すなわち、第1実施形態における複合発光
素子では、サブマウント素子1をアルミナセラミック基
板1aを用いたものとすることによって、発光素子2か
らサブマウント素子1側へ向かう光を白色のアルミナセ
ラミック基板1aの表面により主光取り出し面側へ反射
して効率よく回収することができる。これにより得られ
た複合発光素子は、従来のツェナーダイオードを用いた
複合発光素子と比較して輝度が10%以上向上する。
That is, in the composite light emitting device of the first embodiment, the submount device 1 uses the alumina ceramic substrate 1a so that the light traveling from the light emitting device 2 to the submount device 1 side is white alumina ceramic. By the surface of the substrate 1a, the light can be efficiently reflected by being reflected toward the main light extraction surface side. The composite light emitting device thus obtained has a luminance improved by 10% or more as compared with the conventional composite light emitting device using a Zener diode.

【0022】(実施の形態2)本発明の第2実施形態に
おける複合発光素子では、第1実施形態におけるサブマ
ウント素子1を高誘電体のチタン酸バリウムを用い、1
000pFのセラミックコンデンサとしたものである。
また、チタン酸バリウムは茶色系であり、青〜黄の光を
吸収しやすいため、電極形成部以外の発光素子2搭載面
を白色系絶縁体としてのアルミナセラミックなどの白色
系セラミックによってカバーした構成とする。その他の
構成については第1実施形態の複合発光素子と同様につ
き、ここでの説明を省略する。
(Embodiment 2) In a composite light emitting device according to a second embodiment of the present invention, a high dielectric constant barium titanate is used as the submount device 1 in the first embodiment.
This is a ceramic capacitor of 000 pF.
Further, since barium titanate is brownish and easily absorbs blue to yellow light, the surface on which the light emitting element 2 other than the electrode forming portion is mounted is covered with a white ceramic such as alumina ceramic as a white insulator. And The other configurations are the same as those of the composite light emitting device of the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

【0023】このようなサブマウント素子1上に発光素
子2を導通搭載した複合発光素子では、通常40Vで静
電破壊するGaN系化合物半導体を利用した発光素子2
を200Vまで保護することが可能となる。図2は、第
2実施形態における複合発光素子の等価回路を示してい
る。
In the composite light emitting device in which the light emitting device 2 is conductively mounted on the sub-mount device 1 as described above, the light emitting device 2 using a GaN compound semiconductor which is electrostatically destroyed at 40 V is usually used.
Can be protected up to 200V. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the composite light emitting element in the second embodiment.

【0024】また、発光素子2からサブマウント素子1
側へ向かう光は、発光素子2搭載面の白色系セラミック
により主光取り出し面側へ反射して効率よく回収するこ
とができる。これにより得られた複合発光素子は、第1
実施形態における複合発光素子には及ばないが、従来の
ツェナーダイオードを用いた複合発光素子と比較して輝
度が5%以上向上する。
Further, from the light emitting element 2 to the submount element 1
The light traveling toward the side can be efficiently collected by being reflected to the main light extraction surface side by the white ceramic of the light emitting element 2 mounting surface. The composite light emitting device obtained by this is the first
Although not as good as the composite light emitting element in the embodiment, the brightness is improved by 5% or more as compared with the conventional composite light emitting element using the Zener diode.

【0025】なお、本実施形態においては、サブマウン
ト素子1として高誘電体のチタン酸バリウムを用いたセ
ラミックコンデンサとしたが、チタン酸バリウムに代え
て、チタン酸ストロンチウムを用いることも可能であ
る。
In this embodiment, the ceramic capacitor using barium titanate having a high dielectric constant is used as the submount element 1. However, strontium titanate may be used instead of barium titanate.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、発光素子からサブマウ
ント素子側へ向かう光を、発光素子搭載面の白色系絶縁
体により主光取り出し面側へ反射して効率よく回収した
高輝度な複合発光素子が得られる。
According to the present invention, a high-luminance composite that efficiently collects the light traveling from the light emitting element toward the submount element side to the main light extraction surface side by the white insulator on the light emitting element mounting surface. A light emitting device is obtained.

【0027】また、白色系絶縁体であるアルミナセラミ
ック基板を用いたサブマウント素子とすることで、容易
にサブマウント素子を形成することができ、製造コスト
を減らすことが可能となる。
Further, by using a submount element using an alumina ceramic substrate which is a white insulator, the submount element can be easily formed and the manufacturing cost can be reduced.

【0028】また、セラミックコンデンサを用いたサブ
マント素子とすることで、発光素子を静電保護すること
が可能な複合発光素子が得られる。
By using a submant element using a ceramic capacitor, a composite light emitting element capable of electrostatically protecting the light emitting element can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態における複合発光素子の
例であって、 (a)は平面図 (b)は正面図
FIG. 1 is an example of a composite light emitting device according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a front view.

【図2】本発明の第2実施形態における複合発光素子の
等価回路図
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a composite light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の複合発光素子の例であって、 (a)は平面図 (b)は正面図FIG. 3 is an example of a conventional composite light emitting device, (A) is a plan view (B) is a front view

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サブマウント素子 1a アルミナセラミック基板 1b n側電極 1c p側電極 2 発光素子 3a,3b バンプ電極 1 Submount element 1a Alumina ceramic substrate 1b n-side electrode 1c p-side electrode 2 light emitting element 3a, 3b bump electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尻無浜 政文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA03 CA34 CA40 DA09 DA19 DA34 DA83    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shiritashihama Masafumi             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F term (reference) 5F041 AA03 CA34 CA40 DA09 DA19                       DA34 DA83

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サブマウント素子上に発光素子を導通搭
載した複合発光素子において、前記サブマウント素子
は、少なくとも前記発光素子の搭載面が白色系絶縁体で
あることを特徴とする複合発光素子。
1. A composite light emitting device in which a light emitting device is conductively mounted on a submount device, wherein the mounting surface of at least the light emitting device of the submount device is a white insulator.
【請求項2】 前記サブマウント素子は、アルミナセラ
ミック基板を用いたものである請求項1記載の複合発光
素子。
2. The composite light emitting device according to claim 1, wherein the submount device uses an alumina ceramic substrate.
【請求項3】 前記サブマウント素子は、セラミックコ
ンデンサを用いたものである請求項1記載の複合発光素
子。
3. The composite light emitting device according to claim 1, wherein the sub-mount device uses a ceramic capacitor.
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