JP3068914U - フリップ―チップ発光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本考案は、発光効率を改良したフリップ−チ
ップ発光デバイスを開示する。 【解決手段】 本考案によるデバイスは、良好な光の反
射率をもつ電極を有し、ベースに向けられた光をその電
極によって外部へ反射させることができ、これにより十
分に発光効率を増大させる。さらに、本考案の前記電極
はまた、より電流拡散効果を与え、これにより発光ダイ
オードの発光効率を一層増大させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの発光デバイスに関し、特に、良好 な光の反射率をもつ電極を具備したＧａＮベースの発光デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】

ＧａＮベースの発光デバイスは、青色光や緑色光のような特有の周波数の光を 放出できることから、より注目されてきている。ＧａＮベースの発光デバイスに 用いられる基板材料は、ＧａＮの特性によって制限され、主として次の材料から 選択される。 サファイア、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガ リウム（ＧａＰ）、および、ガラス。

【０００３】 上記材料のうち、サファイア基板は広く利用されている。サファイア基板は絶 縁体なので、発光デバイスの２つの電極はＧａＮ層の同じ側に設けなければなら ない。それは、いわゆるラテラル・デバイスの特徴を呈する。ＵＳＰ ５，５６ ３，４２２、ＵＳＰ ５，５７８，８３９、および、ＵＳＰ ５，５８３，８７ ９は、サファイア基板を利用し、ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のラ テラル発光デバイスを製造する方法のシリーズを開示している。それによって製 造される発光デバイスを図１に示す。

【０００４】 この図において、まず、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０は、リードフレー ム１２に固定されている。そして、そのダイ１０上側表面上の２つの電極１３お よび１４は、リードフレームの２つの電極と接続されるように、それぞれ金（ま たはアルミニウム）のワイヤ１５および１６にはんだ付けされている必要がある 。しかし、ダイ１０上側表面上のはんだ付けパッド１７が光を遮断し、このため 発光領域が減少するとともに、光の放出が均一でなくなる。

【０００５】 さらに、この従来の発光デバイスにおいては、デバイスの発光効率を高める電 流拡散の効果を与えるために、光透過電極１３が開示されている。しかしながら その電極１３は、光を透過させるように極めて薄いものでなければならないので 、そのラテラル抵抗が大きくなり、このためその電流拡散の効果は非常に制限さ れる。その上、電極１３がメインの発光表面上を覆って位置しているので、電極 １３が光透過性のものであっても、なおそれはデバイスの発光効率を減退させる 。

【０００６】 ＵＳＰ ４，４７６，６２０は、図２に示すようなフリップ−チップＧａＮベ ース発光デバイス（a flip-chip GaN-based light-emitting device）を開示し ている。この図において、ＬＥＤダイの２つの電極２１および２２は、リードフ レーム２３の一定位置に直接固着されている。このようなフリップ−チップＧａ Ｎベース発光デバイスにおいては、放出される光が透明の基板（サファイア基板 のようなもの）を介して外部へ直接通過することができる。このフリップ−チッ プ発光デバイスのメインの発光表面にははんだ付けパッドは存在せず、このため 発光表面はもちろん発光効率もはんだ付けパッドによる影響を受けない。

【０００７】 しかし、この従来のフリップ−チップＧａＮベース発光デバイスから放出され る光は、約半分だけが透明の基板を介して外部へ直接通過できるに過ぎない。そ の他の半分の光は、電極（２１および２２）とリードフレーム２３に向けられる 。したがって、従来のデバイスは有効な成果を成し遂げることができない。さら に、ＵＳＰ ４，４７６，６２０に開示された従来のフリップ−チップＧａＮベ ース発光デバイスは、電流拡散効果を与えない。このため、他の場所がよい発光 結果を達成できないのに対して、電極が設置されている場所だけが有効な発光結 果を持つに過ぎない。

【０００８】 上述の観点より、ＧａＮベース発光デバイスの発光効率を充分に改良する手法 は、産業にとって未だ問題となっている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の主たる目的は、ＧａＮベース発光デバイスの発光効率を充分に改良す ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案による発光デバイスは、フリップ−チップ発光デバイスである。したが って、そのメインの発光表面には、はんだ付けパッドは存在しない。さらに、本 考案による発光デバイスは、良好な光の反射率を有し、有効な電流拡散効果を与 えることのできる電極を具備している。したがって、電極に向けられる光につい ては、これをその電極により、透明な基板を介して外部へ反射させることができ 、これによって全体のデバイスの発光効率を充分に増大させる。その上、電極に 、有効な電流拡散効果を与えるに十分なサイズと厚さを持たせることができ、発 光ダイオードのようなものは、その最良の発光結果を達成することができる。

【００１１】

【考案の実施の形態】

本考案の第１の実施形態によるフリップ−チップ発光デバイスは、透明基板と 、その透明基板の主表面上を覆って配置された積層構造の半導体であって、その 積層構造が前記主表面に隣接したｎ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体 層およびそのｎ形半導体層に隣接したｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半 導体層を有する半導体と、前記ｎ形半導体層に電気的に接触している第１の電極 と、前記ｐ形半導体層に電気的に接触している第２の電極とを有し、前記第２の 電極は、良好な光の反射率を有するとともに、前記ｐ形半導体層の外側表面の大 部分を覆っている。

【００１２】 本考案で選び得る実施形態においては、前記ｎ形およびｐ形の半導体層の位置 が取り替えられ、そのｎ形半導体層に接触している電極が良好な光の反射率を有 するとともにｎ形半導体層の外側表面をほとんど覆う。

【００１３】 本考案の技術的な内容と特徴は、以下の、添付図面の参照を伴う好ましい実施 形態の詳細な説明から、より容易に明白となるであろう。添付図面の図１は、従 来のＧａＮベース発光デバイスを示す横断面図である。図２は、従来のフリップ −チップＧａＮベース発光デバイスを示す横断面図である。

【００１４】 図３は、本考案の一実施形態による発光ダイオードを示す横断面概略図である 。図４は、フリップ−チップの形をとってベース上に搭載された図３の発光ダイ オードの横断面概略図である。

【００１５】 本考案の主たる目的は、ＧａＮベース発光デバイスの発光効率を充分に改良す ることである。本考案による発光デバイスは、良好な光の反射率を有し、有効な 電流拡散効果（current spreading effect）を与えることのできる電極を具備し ている。したがって、電極に向けられる光については、これをその電極によって 外部へ反射させることができ、これによって全体のデバイスの発光効率を充分に 増大させる。その上、電極に、有効な電流拡散効果を与えるに十分なサイズと厚 さを持たせることができるので、発光ダイオードは、その最良の発光結果を達成 することができる。

【００１６】 図３は、本考案の一実施形態による発光ダイオードを示している。そのダイオ ード構造３０は、透明基板３１を具備している。この透明基板３１は、サファイ ア、ガラス、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウ ム（ＧａＰ）、または、他の透明な材料で製造することができる。積層構造の半 導体は、透明基板３１の主表面上を覆って配置されている。その積層構造は、前 記主表面に隣接したｎ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、そのｎ 形半導体層に隣接したｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有す る。

【００１７】 この実施形態では、その積層構造はまた、ｎ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化 合物半導体層とｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との間に配置さ れた活性層３４も有している。一方、本考案の他の実施形態においては、その積 層構造が活性層３４を含まないこととすることができる。その積層構造を製造す るための方法は、その技術においてよく知られており、したがって、それをここ で詳細に説明する必要はない。

【００１８】 電極３５は、エッチング工程によって形成されるウィンドウ内に設置され、ｎ 形半導体層３２に電気的に接触している。電極３６は、ｐ形半導体層３３の外側 表面の大部分を覆って配置されている。電極３６のサイズと厚さに対しては特別 な制限は何もないので、電極３６の形状とサイズは、最も良く電流拡散の成果が 得られるように設計することができ、これによって発光効率を充分増大させるこ とができる。

【００１９】 さらに、電極３６の材料は、光の反射率が高くなるように選択される。したが って、電極３６に向けられる光は、電極３６によって透明基板の方向へ反射され 、これにより発光効率がさらに増大する。

【００２０】 本考案において、電極３６は、光透過形の導電層とアルミニウム（Ａｌ）もし くは銀（Ａｇ）の層とを有する多層構造にすることとしてもよい。本考案の一実 施形態においては、電極３６は、ニッケル／金／チタン／アルミニウム（Ｎｉ／ Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ）の多層構造とすることができる。この構造において、ニッケ ル／金（Ｎｉ／Ａｕ）は、ｐ形半導体層３３を直接覆う光透過形の金属層となる ように形成される。そして、チタン（Ｔｉ）層がそのＮｉ／Ａｕ層の上に形成さ れ、最後に、アルミニウム（Ａｌ）層がそのＴｉ層の上に形成される。

【００２１】 電極３６は、低いオーム接触抵抗と高い光の反射率の双方である必要がある。 Ｎｉ／Ａｕは、ｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対して良好な 光透過形オーム接触層として形成され得る材料の一つである。Ａｌ層は、光の反 射率を良好にすることができる。しかしながら高温状態のもとでは、ＡｌとＡｕ は互いの中へ拡散し、Ａｌの反射率を消失させる。そこで、Ｔｉ層がＡｌとＡｕ との間の拡散障壁となるように利用されている。Ｔｉ層は、それ自身もまた、光 の反射率が良好である。本考案の他の実施形態においては、電極３６は、ＩＴＯ ／ＡｌまたはＩＴＯ／Ａｇの多層構造であってもよい。この多層構造において、 ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide；酸化インジウム−スズ）は光透過形の導電層として 形成され、反射率はＡｌ層またはＡｇ層によって与えられる。

【００２２】 図３に示された実施形態において、絶縁層３７は、ベースの電極との接触に使 用される各電極の一部だけを露出しつつ、ダイオード３０の側方表面上および上 側表面上に被覆されているものとすることができる。その絶縁層の材料は、Ｓｉ Ｏ_x、ＳｉＮ_y等でよい。絶縁層３７は、ｐ／ｎの接合部を保護しかつ絶縁するた めのもので、導電性の接着剤によって短絡が起こることを避けるとともに、漏洩 を防ぐ。

【００２３】 図４は、フリップ−チップの形でベース上に搭載された図３の発光ダイオード を示す概略図である。ベース４０は、公知の導電性リードフレーム、ガラスリー ドフレーム、回路基板（a circuit board）、または、薄膜回路（a thin-film c ircuit）でよい。ベースとして導電性リードフレームもしくはガラスリードフレ ームを利用した場合には、最終的なデバイスはディスクリート発光デバイスとな る。一方、ベースとして回路基板もしくは薄膜回路を利用した場合には、発光デ バイスは、表面実装デバイス（ＳＭＤ(surface mounted device)）の形になる。

【００２４】 ベース４０は、それぞれ陽極、陰極として機能する導電部４１、４２を有して いる。それらのベース４０の陽極と陰極の上には、マシンによって導電性接着剤 ４３が塗布される。その後、発光ダイオード３０は、透明基板を最上層とし、電 極３５及び３６を下向きとするように、向きが変えられる。電極３５および３６ の正しい極性を定めた後、電極３５および３６は、導電性接着剤４３へ接続され 、ベース上に固定されてベースの電極と結合される。最後に、導電性接着剤は、 発光デバイスの製造を完了するための予め定められた時間の間、適当な温度で焼 き固められる。

【００２５】 この実施形態においては、発光デバイスのｐ−ｎ接合もしくは活性層から放出 された光の約半分が透明基板を介して外部へ直接通過する。一方、他の半分の光 は電極３６へ向けられる。電極３６は、高い効率の反射率を有しているので、そ の光を透明基板を介して外部に向けて反射させることができ、これにより発光効 率は増大する。さらに、電極３６は、電流拡散効果を与えて発光ダイオードの発 光効率を一層増大させる。

【００２６】 本考案の他の実施形態においては、ｎ形半導体層とｐ形半導体層の位置を交換 することとしてもよい。そのような実施形態では、ｎ形半導体層上を覆う電極は 、高い光の反射率であって、かつ、電流拡散効果を与えるものにする。前記電極 は、光透過導電層とアルミニウム（Ａｌ）もしくは銀（Ａｇ）の層とを含む多層 構造としてもよい。本考案の実施形態においては、前記電極は、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔ ｉ／Ａｇ、ＩＴＯ／Ａｌ、または、ＩＴＯ／Ａｇの多層構造としてもよい。

【００２７】 上述のように、本考案の技術的な特徴と技術的な内容は十分開示された。しか し、本考案の精神に反することなく、本考案の開示と示唆に基づき、種々の変更 もしくは代替がその技術における当業者によって作成され得る。したがって、本 考案の範囲は、上に開示された実施形態に限定されてはならず、前記変形および 代替をも含むべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のＧａＮベース発光デバイスを示す横断
面図である。

【図２】 従来のフリップ−チップＧａＮベース発光デ
バイスを示す横断面図である。

【図３】 本考案の一実施形態による発光ダイオードを
示す横断面概略図である。

【図４】 フリップ−チップの形でベース上に搭載され
た図３の発光ダイオードの横断面概略図である。

【符号の説明】

３０ ダイオード構造 ３１ 透明基板 ３２ ｎ形半導体層 ３３ ｐ形半導体層 ３４ 活性層 ３５、３６ 電極 ３７ 絶縁層 ４０ ベース ４１、４２ 導電部

Claims (14)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、 前記透明基板の主表面上を覆って配置された積層構造の
   半導体であって、前記積層構造が、前記主表面に隣接し
   たｎ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
   前記ｎ形半導体層に隣接したｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ
   −Ｖ族化合物半導体層とを有する半導体と、 前記ｎ形半導体層に電気的に接触している第１の電極
   と、 前記ｐ形半導体層に電気的に接触している第２の電極と
   を有し、 前記第２の電極は、良好な光の反射率を有するととも
   に、前記ｐ形半導体層の外側表面の大部分を覆うフリッ
   プ−チップ発光デバイス。
2. 【請求項２】 前記積層構造が前記ｎ形半導体層と前
   記ｐ形半導体層との間に配置された活性層をさらに有す
   る請求項１記載のデバイス。
3. 【請求項３】 少なくとも、前記積層構造の側方表
   面、前記第１の電極の一部および前記第２の電極の一部
   の上に、被覆された絶縁層をさらに有する請求項１また
   は２記載のデバイス。
4. 【請求項４】 前記第１、第２の電極とそれぞれ接続
   される第１、第２の導電部を有するベースをさらに有す
   る請求項１または２記載のデバイス。
5. 【請求項５】 前記ベースが導電性リードフレーム、
   ガラスリードフレーム、回路基板または薄膜回路である
   請求項４記載のデバイス。
6. 【請求項６】 前記第２の電極が、光透過導電層とア
   ルミニウム（Ａｌ）もしくは銀（Ａｇ）の層とを有する
   多層構造である、請求項１または２記載のデバイス。
7. 【請求項７】 前記第２の電極が、ニッケル／金／チ
   タン／アルミニウム（Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ）、酸化
   インジウム−スズ／アルミニウム（ＩＴＯ／Ａｌ）もし
   くは酸化インジウム−スズ／銀（ＩＴＯ／Ａｇ）の多層
   構造である、請求項１または２記載のデバイス。
8. 【請求項８】 透明基板と、 前記透明基板の主表面上を覆って配置された積層構造の
   半導体であって、前記積層構造が、前記主表面に隣接し
   たｐ形ＧａＮベースのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
   前記ｐ形半導体層に隣接したｎ形ＧａＮベースのＩＩＩ
   −Ｖ族化合物半導体層とを有する半導体と、 前記ｎ形半導体層に電気的に接触している第１の電極
   と、 前記ｐ形半導体層に電気的に接触している第２の電極と
   を有し、 前記第１の電極は、良好な光の反射率を有するととも
   に、前記ｎ形半導体層の外側表面の大部分を覆うフリッ
   プ−チップ発光デバイス。
9. 【請求項９】 前記積層構造が前記ｎ形半導体層と前
   記ｐ形半導体層との間に配置された活性層をさらに有す
   る請求項８記載のデバイス。
10. 【請求項１０】 少なくとも、前記積層構造の側方表
    面、前記第１の電極の一部および前記第２の電極の一部
    の上に、被覆された絶縁層をさらに有する請求項８また
    は９記載のデバイス。
11. 【請求項１１】 前記第１、第２の電極とそれぞれ接
    続される第１、第２の導電部を有するベースをさらに有
    する請求項８または９記載のデバイス。
12. 【請求項１２】 前記ベースが導電性リードフレー
    ム、ガラスリードフレーム、回路基板または薄膜回路で
    ある請求項１１記載のデバイス。
13. 【請求項１３】 前記第２の電極が、光透過導電層と
    アルミニウム（Ａｌ）もしくは銀（Ａｇ）の層とを有す
    る多層構造である、請求項８または９記載のデバイス。
14. 【請求項１４】 前記第２の電極が、チタン／アルミ
    ニウム（Ｔｉ／Ａｌ）、チタン／銀（Ｔｉ／Ａｇ）、酸
    化インジウム−スズ／アルミニウム（ＩＴＯ／Ａｌ）も
    しくは酸化インジウム−スズ／銀（ＩＴＯ／Ａｇ）の多
    層構造である、請求項８または９記載のデバイス。