JP4951937B2

JP4951937B2 - 発光装置

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Publication number: JP4951937B2
Application number: JP2005314854A
Authority: JP
Inventors: 孝夫山田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP2007123613A

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置に関し、特に、発光素子をフリップチップ実装した発光装置に関する。

一般的な半導体窒化物素子の１つとして、図１０の断面図に示すような発光ダイオードがあり、サファイア基板２１にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、ｐ型窒化物半導体層２４、及び導電性酸化物電極２５をこの順に積層し、一部に段差部２６を形成してｎ型窒化物半導体層２２を露出している。露出したｎ型窒化物半導体層２２の上にはｎ側パッド電極５２が、そして導電性酸化物電極２５の上にはｐ側パッド電極５４が、それぞれ形成されている。

この発光ダイオード２をフリップチップ実装するときには、ｎ側及びｐ側のパッド電極５２、５４の上にＡｕやはんだ等から成るバンプ設けて、実装基板の電極に導電ペーストや異方性導電ペーストを用いて電気的に接続する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。また、別の電気的接合方法としては、ｎ側及びｐ側のパッド電極５２、５４の上にＡｕバンプを形成し、実装基板の電極をＡｌから形成して、ＡｕバンプとＡｌとの共晶組成により接合が知られている（例えば特許文献２参照）。

バンプや共晶による実装において、バンプのはみ出しや、融点の低い共晶層の回り込みによって、導電材料がパッド電極からはみ出してｐ型窒化物半導体層２４とｎ型窒化物半導体層２２とを短絡する恐れがある。そこで、図１０の発光ダイオード２のように、パッド電極を除く上面全体を絶縁性材料からなる保護膜６０で覆って、ｐ型窒化物半導体層２４とｎ型窒化物半導体層２２とが短絡するのを防止している。

また、発光ダイオードをフリップチップ実装する別の方法として、発光ダイオードと基板とを異方性導電材料を用いて接続する方法が知られている（例えば特許文献３参照）。異方性導電材料とは、微小な導電粒子を樹脂接着剤の中に分散させたものであり、この材料を用いることにより、接着剤による発光ダイオードと基板との固着と、導電粒子による発光ダイオードの電極と基板に形成された電極との電気的接続とを同時に達成している。
特開平１１−１６８２３５号公報特開平１１−３５４８４８号公報特開平９−８３６０号公報

発光装置の輝度向上が望まれる中、発光ダイオードの内部量子効率の向上のみでなく、外部量子効率の向上、すなわち発光ダイオードの光の取出し効率の向上が不可欠である。さらには、発光ダイオードを実装基板に実装することにより生じる光の損失を減らして、発光装置としての光の取出し効率を向上することが重要になる。

発光ダイオードの段差部から露出したｎ型窒化物半導体に、Ｔｉ／Ａｕ等から成る円盤状又は板上のｎ側パッド電極を直接形成すると、ｎ側パッド電極は半導体内部の光を高確率で吸収する。即ち、活性層で発光し、半導体積層体の内部を反射しながら横方向に伝搬する光は、ｎ側パッド電極とｎ型半導体層との界面に到達すると、反射される代わりにｎ側パッド電極に吸収される。このため、外部への光の取出し効率が、ｎ側パッド電極での光の吸収によって低下する問題があった。

また、ｐ側窒化物半導体の表面全体には、ｐ側窒化物半導体に電流を広げるためにｐ側電極が形成されており、さらにその上に、ｐ側パッド電極が形成されている。ｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体とオーミック接触する材料から形成する必要があり、例えばＩＴＯ等の導電性酸化物や、Ｎｉ／Ａｕ膜が利用できる。そして、ｐ側パッド電極は、ｐ側電極に対して密着性の良好な材料から形成する必要があり、例えばｐ側電極が導電性酸化物電極の場合には、ｐ側パッド電極としてＲｈやＡｕ等の貴金属が好適である。しかしながら、ＲｈやＡｕは光の反射率がそれほど高くないので、ｐ側電極とｐ側パッド電極との界面で光の損失が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、光の取出し効率を向上させつつ、且つ電気的性能が良好な発光装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる第１の発光装置は、（ａ）ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、（ｂ）前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、（ｃ）前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記ｎ型窒化物半導体及び前記ｎ側導電部と直接接触していることを特徴とする。

本発明の第１の発光装置は、発光素子のｎ型窒化物半導体と異方性導電層の導電粒子とが直接接触している、すなわちｎ側パッド電極を備えていないので、ｎ側パッド電極に起因する光の吸収を除去することができる。代わりとして、ｎ型窒化物半導体層に接触した導電粒子が、横方向に伝搬する光を吸収するが、導電粒子とｎ型窒化物半導体層との接触面積は、ｎ側パッド電極とｎ型窒化物半導体層との接触面積に比べて格段に小さいので、全体として、吸収される光量を減らすことができる。その結果として、発光装置の光の取出し効率を向上させることができる。

また、本発明にかかる第２の発光装置は、（ａ）ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、（ｂ）前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、（ｃ）前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、前記ｐ側電極及び前記ｐ側導電部と直接接触しており、前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層の実装基板との接続面が、前記異方性導電層の樹脂接着層によって直接覆われていることを特徴とする。

この本発明の第２の発光装置では、発光素子のｐ側パッド電極の代わりに異方性導電層の導電粒子により実装基板の電極との導通を図り、ｐ側電極と導電粒子との密着性は、異方性導電層の樹脂接着層により保持する。従って、導電粒子にはｐ側電極との密着性を必要とせず、導電粒子の材料を任意に選択することができる。

そして、本発明にかかる第３の発光装置は、（ａ）ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、（ｂ）前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、（ｃ）前記実装基板と前記発光素子とを接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記ｎ型窒化物半導体及び前記ｎ側導電部と直接接触し、前記ｐ側電極及び前記ｐ側導電部と直接接触していることを特徴とする。

本発明の第３の発光装置は、第１及び第２の発光装置の構成を有していることから、ｎ側及びｐ側パッド電極に起因する光の取出し効率の低下を排除することができ、光の取出し効率を向上させることができる。さらに、発光素子の製造工程からパッド電極を形成する工程を省けるので、発光装置の製造コストを下げることができる。

本発明にかかる第１乃至第３の発光装置のいずれも、パッド電極に起因する発光素子の外部量子効率の低下を抑制して、発光装置の光の取出し効率を向上させることを可能にした。

また、第２及び第３の発光装置では、ｐ側電極が透光性である場合には、発光素子の内部からｐ側電極方向に向かう光の一部を、導電粒子の隙間から実装基板に到達させることができ、そして、実装基板の表面に反射率の高い金属膜を形成することにより、従来のｐ側パッド電極に比べて、光を高反射することが可能になる。このときに、金属膜を形成する材料は、ｐ側電極に対する密着性が良好である必要はなく、光の反射率の良い材料を任意に選択可能であるので、発光素子の発光波長の光を効率よく反射する材料を利用することができる。また、導電粒子に反射率の高い材料を用いることで、導電粒子に到達した光を反射することも可能である。

実施形態１
図１に示した本発明の発光装置１は、発光ダイオード２と、発光ダイオード２をフリップチップ実装するための実装基板４と、発光ダイオード２と実装基板４とを固定する異方性導電層６とから構成されている。

発光ダイオード２は、サファイア基板２１にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、及びｐ型窒化物半導体層２４を順に積層して形成されており、さらに、ｐ型窒化物半導体層２４と活性層２３とを一部切除するか、又は選択成長することにより段差部２６が形成されている。この段差部２６には、ｎ型窒化物半導体層２２の一部が露出している。また、ｐ型窒化物半導体層２４の表面のほぼ全面に、ｐ側電極として透光性の導電性酸化物電極２５が被覆されている。

発光ダイオード２は、導電性酸化物電極２５とｎ型窒化物半導体層２２との間に電圧を印加して、ｐ型窒化物半導体層２４から活性層２３を通ってｎ型窒化物半導体層２２まで電流を流すことにより発光する。発光は、活性層２３で生じるので、活性層２３が切除された段差部２６から露出したｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７を除く全ての部分が発光領域になる。

発光ダイオード２の段差部２６は、導電性酸化物電極２５側からみたときに中央部分に形成されており、その周囲をｐ型半導体層２４にかこまれている。別の形態としては、段差部２６を、矩形の発光ダイオード２の角部や辺部に形成することもでき、さらに別の形態としては、発光ダイオード２を横断する溝状にすることもできる。いずれの場合も、段差部２６に形成されたｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７の面積をできるだけ小さくして、発光領域を広く確保するのが好ましい。

本発明の発光装置１に利用する発光ダイオード２では、活性層２３で発光した光は、一部がサファイア基板２１の方向に、一部がサファイア基板２１と逆の方向、すなわち導電性酸化物電極２５の方向に、さらに一部が多重反射を繰り返しながらサファイア基板と平行な方向に進行する。サファイア基板２１の方向に進んだ光は、そのまま基板２１を透過して外部に取り出される。導電性酸化物電極２５の方向に進んだ光は、導電性酸化物電極を通過し、実装基板４で反射して発光ダイオード２の内部に戻り、サファイア基板２１を透過して取り出される。そして、サファイア基板２１と平行に進んだ光は、窒化物半導体層の内部を伝搬して、発光ダイオード２の側面から外に取り出される。

このように、活性層２３で発生した光は、どの方向に進んでも外部に取り出すことができるが、光の取出し効率はそれぞれ異なっている。例えば、透光性の導電性酸化物電極２５の方向に進んだ光の一部は、導電性酸化物電極２５を透過して実装基板４に達する。このとき、実装基板４の反射率が低ければ光の損失が生じて、発光装置の取出し効率が低下する。そこで、本実施形態では、導電性酸化物電極２５と対向している実装基板４の表面領域、すなわちｐ側導電部４５を発光波長における反射率が７５％以上の金属材料から形成する。これによって、従来のｐ側パッド電極に比べて光の損失量を減らすことができるので、発光装置の光の取出し効率を向上する。ｐ側導電部４５に適した金属材料としては、窒化物半導体から成る発光ダイオードの発光波長であれば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ又はこれらの合金を挙げることができる。

また、サファイア基板２１と平行に進んだ光は、窒化物半導体層の内部を伝搬中に、異方性導電層６の中の導電粒子６４とｎ型窒化物半導体層２２との界面において、吸収が起こる。しかしながら、光の吸収が起こる金属−ｎ型窒化物半導体層の接触部分の面積は、導電粒子６４とｎ型窒化物半導体層２２とが接触する複数の点状部分の合計面積であり、ｎ側パッド電極を備えた従来の発光ダイオード２に比べると、極めて小さい接触面積に抑えることができる。すなわち、ｎ側パッド電極を省略して異方性導電層６によって導通を取ることにより、光の吸収が起こる金属−ｎ型窒化物半導体層の接触面積を大幅に減少させることができ、その結果、吸収による光の損失を大幅に減らすことができる。

本発明では、ｎ型窒化物半導体層２２に対してオーミック接触可能な異方性導電層６を使用することにより、ｎ側パッド電極及びｐ側パッド電極を省略している。
即ち、異方性導電層６には、少なくとも表面が前記ｎ型窒化物半導体とオーミック接触可能な金属材料から成る導電粒子６４が分散されており、その導電粒子６４は、ｎ型窒化物半導体２２及びｎ側導電部４３と直接接触し、且つｐ側電極２５及びｐ側導電部４５と直接接触している。

この発光装置１は、従来ではｎ側パッド電極によって達成していたｎ型窒化物半導体層２２とのオーミック接触を、導電粒子６４によって達成することにより、発光ダイオード２２の性能を劣化させることなくｎ側パッド電極を省略することを可能にした。これにより、本実施形態の発光装置１ではｎ側パッド電極を省略して、半導体積層体を横方向に伝搬する光の吸収量に寄与するｎ型窒化物半導体２２と金属の接触面積を大幅に減少して、発光ダイオード２内で吸収される光量を減らしている。
なお、ここで「オーミック接触」とは、接続する半導体との接触抵抗が少ないことを意味している。

また、発光装置１が、光の反射膜としても機能していたｐ側パッド電極を省略しているので、ｐ側電極と直接接触しない光の反射膜を準備することができる。この光の反射膜は、実装基板４のｐ側導電部４５であり、ｐ側電極との密着性を要求されないことから反射率の高い金属材料を任意に選択することができる。そして、発光装置１が、ｎ側及びｐ側パッド電極を省略しているので、発光ダイオードの製造工程からパッド電極を形成する工程を省けるので、発光装置の製造コストを下げることができる。

本発明の発光装置は、発光ダイオード２と実装基板４とを異方性導電膜６により接続することにより、金属バンプや共晶層を不要にした。これにより、金属バンプのはみ出しや共晶層の回り込みによってｎ型窒化物半導体層２２とｐ型窒化物半導体層２４とが短絡する恐れがなくなり、保護膜６０を省くことも可能になった。すなわち、従来の発光ダイオードを用いた発光装置では、ｎ型窒化物半導体層２２及びｐ型窒化物半導体層２４の実装基板との接続面が部分的に保護膜６０に覆われていたが、本発明の発光装置１は、ｎ型窒化物半導体層２２及びｐ型窒化物半導体層２４の実装基板との接続面が全て露出して、異方性導電層６に接触している。ｎ型及びｐ型窒化物半導体層２２、２４の接続面は、異方性導電層６の樹脂接着層６２によって直接覆われている。これにより、保護膜６０によって損失していた光が外部に取り出せるようになるので、発光装置の取出し効率が向上すると期待される。さらに、従来の発光ダイオード２の上面は、ｎ側パット電極及びｐ側パット電極の上面部分を除いて、全て保護膜６０によって絶縁されていたので、導電性酸化物電極２５と基板電極を直接接続することができなかった。本実施形態の発光装置では、保護膜６０を省くことにより、導電性酸化物電極２５の全面に渡ってｐ側導電部４３とを導通することができるので、発光ダイオード２の輝度分布が均一になる効果がある。また、絶縁層６０を形成するのに必要としていた工程が不要になり、発光装置をコストダウンできる利点もある。

本発明の実装基板４は、発光ダイオード２を異方性導電層６でフリップチップ実装するための独特の形態を有しており、実装基板４の実装面４１側に、発光ダイオード２の段差部２６の凹部形状に対応した突出部４６を備えている。図１の発光ダイオード２は、窒化物半導体層側から見たときに、段差部２６が中央付近に形成されているので、実装基板４の突出部４６も、実装面４１側から見たときに、中央付近に形成されている。

実装基板４は、導電性材料から成形することも、絶縁性材料から成形することもできる。これら実装基板の電気的性質により、ｎ側導電部とｐ側導電部の形態が異なる。
図１の発光装置は、導電性の実装基板４を用いており、実装基板４の突出部４６の上面４７の上に、金属膜から成るｎ側導電部４３を直接有して、実装基板４と導通している。また、突出部４６の上面４７の金属膜を省略して、実装基板４の突出部４６をそのままｎ側導電部４３として用いることも可能である。ｐ側導電部４５は、突起部４６の上面及び側面を除く実装基板４の実装面４１側に絶縁膜４４を介して積層した金属膜から形成されている。ｎ側導電部４３及びｐ側導電部４５は、Ａｇの膜から形成するのが好ましく、メッキにより所定の位置に成膜することができる。
導電性実装基板４を作製する材料は、異方性導電層６の樹脂接着層６２との密着性が良く導電粒子６４に良好に導通する材料が好ましく、例えばＳｉのような半導体や、Ｃｕ／Ｗ等の金属の複合材料などが好適である。

これに対して、図２〜４には、絶縁性の実装基板４を用いた場合の例を示す。絶縁性実装基板４は、例えばガラスエポキシ積層基板、液晶ポリマー基板、ポリイミド樹脂基板、ＡｌＮ等のセラミックス基板などから成形することができる。

図２の絶縁性実装基板４では、突出部４６の上面４７から実装基板４の下面まで貫通したスルーホール４８を備えており、スルーホール４８には、金属ペースト等の導電材料が充填される。突出部４６の上面４７には、スルーホール４８内の導電材料と導通した金属膜から成るｎ側導電部４３が備えられている。そして、ｐ側導電部４５は、突起部４６を除く実装基板４の実装面４１側に成膜した金属膜から形成されている。ｎ側導電部４３及びｐ側導電部４５は、Ａｇの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。

図３の絶縁性実装基板４は、突出部４６の下端から実装基板４の縁部に向かう溝部４９を有しており、ｎ側導電部４３は、突出部４６の上面４７から側面に沿って延び、さらに溝部４９の中を通って実装基板４の縁部まで延びている。そして、ｐ側導電部４５は、突起部４６と溝部４９とを除く実装基板４の実装面４１側に成膜した金属膜から形成されている。ｎ側導電部４３及びｐ側導電部４５は、Ａｇの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。
溝部４９内のｎ側導電部４３は、実装基板４表面のｐ側導電部４５よりも下方に位置するので、発光ダイオード２と実装基板４とを異方性導電層６によって実装したときに、溝部４９内のｎ側導電部４３と導電性酸化物電極２５とは、溝部４９に充填される樹脂接着層６２により絶縁される。

図４の絶縁性実装基板４では、実装基板４の実装面４１の全面にｎ側導電部４３を構成する金属膜が形成されている。そして、実装面４１の突出部４６の上面及び側面を除くｎ側導電部４３の上には、絶縁膜４４とｐ側導電部４５用の金属膜とが順次積層されている。ｎ側導電部４３及びｐ側導電部４５は、Ａｇの膜から形成するのが好ましく、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。

図５の絶縁性実装基板４は、図２〜４とは異なり、突出部４６が金属材料から形成されている。この突出部４６全体がｎ側導電部４３であり、実装基板４の実装面４１のうち突出部４６を除く全面に形成された金属膜と一体に、又は別体に形成されている。突出部４６と実装面４１上の金属膜とは、電気的に接続されている。そして、実装面４１の突出部４６の上面及び側面を除くｎ側導電部４３の上には、絶縁膜４４とｐ側導電部４５用の金属膜とが順次積層されている。ｎ側導電部４３はＣｕから、ｐ側導電部４５はＡｇの膜から形成するのが好ましく、いずれの導電部も、蒸着法やスパッタ法、またメッキや印刷法により所定の位置に成膜することができる。特に、メッキ法は、段差等の凹凸のある表面にも良好に成膜でき、複雑な形状の膜形成も容易であり、さらに、厚膜であっても短時間で安価に形成できる量産性に優れた方法であるので好ましい。

上述のように、図１〜５のいずれの実装基板４も、発光ダイオード２の段差部２６に露出したｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７と導通するｎ側導電部４３と、導電性酸化物電極２５のほぼ全面と導通するｐ側導電部４５とを備え、そして、異方性導電層６により発光ダイオード２を実装したときに、短絡を起こすことなく、導電性酸化物電極２５の全面にわたってほぼ均一な電流を流すことができる。これにより、信頼性が高く、輝度むらの少ない発光素子を得ることができる。

本発明の異方性導電層６は、絶縁体の樹脂接着層６２と、樹脂接着層６２の中に分散された導電粒子６４とから構成されており、ペースト状の樹脂接着剤に導電粒子６４を分散した異方性導電ペーストや、シート状に成形された樹脂接着シート内に導電粒子６４が分散された異方性導電シートから形成することができる。

異方性導電層６は、発光ダイオード２の実装時には、樹脂接着層６１が軟化した状態にされており、実装基板４と発光ダイオード２との間に挟んで圧力をかけると、実装基板４の突起部４６の上面４７と発光ダイオード２のｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７との隙間から樹脂接着層６１が押し出され、そして、実装基板４のｐ側導電部４５と発光ダイオード２の導電性酸化物電極２５との隙間からも樹脂接着層６１が押し出される。これにより、樹脂接着層６１に分散されていた導電粒子６４が、実装基板４の上面４７と発光ダイオード２のｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７との両方と接触した状態で挟まれ、また、実装基板４のｐ側導電部４５と発光ダイオード２の導電性酸化物電極２５との両方と接触した状態で挟まれる。これにより、ｎ側導電部４３と露出部２７に露出したｎ型窒化物半導体層２２とが導通し、ｐ側導電部４５と導電性酸化物電極２５とが導通する。

異方性導電層６は、実装時に圧力のかからない方向では樹脂接着層６１が押し出されることがないので、導電性粒子６４を介した導通が発生しない。よって、実装基板４の突起部４６の側面と、段差部２６の側面との間に電気的な接触を発生させることがない。また、本発明の発光装置１では、発光ダイオード２と実装基板４との間の隙間に異方性導電層６が充填されていてもよく、発光ダイオード２の段差部２６の側面（ｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、ｐ型窒化物半導体層２４、及び導電性酸化物電極２５が露出している）と、実装基板４の突出部４６との間が、導電粒子６４の粒子径よりも大きければ、樹脂接着層６によって絶縁されるので、短絡する恐れがない。

図６には導電粒子６４の断面を示している。図６（Ａ）のように、導電粒子６４は、ｎ型窒化物半導体２２とオーミック接触する材料の粒子から形成することが好ましい。粒子を形成する材料としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ又はこれらの合金のいずれかから形成されていると、ｎ型窒化物半導体層２２と良好なオーミック接触するので好ましい。

また、図６（Ｂ）に示すように、導電粒子６４を、粒子の内部に芯粒子６６を有する２層構造にすることもできる。芯粒子６６には、樹脂材料や金属材料を用いることができるが、特に、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ又はこれらの合金のような光の反射率の高い金属材料を用いるのが好ましい。ここで、「芯粒子６６」とは、導電粒子６４の内部に位置する略球状又は略楕円球状の粒子であり、表面に金属を被覆して導電粒子６４として使用するものである。芯粒子６６が光の反射率の高い金属材料から成る２層構造の導電粒子６４は、異方性導電層６の中に漏れ出してきた光のうち、導電粒子６４に当たる光を芯粒子６６が発光ダイオード２の方向に効率よく反射して、発光装置の取出し効率が向上する、という効果が期待できる。また、芯粒子６６にＡｌを用いるのが最も好ましく、導電粒子６４とｎ型窒化物半導体層２２とのオーミック特性が、他の材料の芯粒子６６を含む導電粒子６４に比較して、最も良好になる。

導電粒子６４の芯粒子６６を被覆する表面層６８は、芯粒子６６のない導電粒子６４と同様にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ又はこれらの合金から形成すると、ｎ型窒化物半導体層２２及び導電性酸化物電極２５と良好なオーミック接触できるので好ましい。
さらに、表面層６８を、２層以上の材料を積層した積層体にすることもできる。表面層６８のうち最も外側の層は、導電性材料から形成されており、特に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ又はこれらの合金のいずれかから形成されていると、ｎ型窒化物半導体層２２及び導電性酸化物電極２５と良好なオーミック接触できるので好ましい。表面層６８の最外層以外の層には、任意の材料から形成された層を含むことができ、例えば、任意の金属材料から成る金属層や、芯材料６６をポリマーコーティングして形成されたポリマー層を含むことができる。このような表面層６８を含む導電粒子６４は、少なくとも導電性材料から成る最外層によって、発光ダイオード２と実装基板４とを確実に導通することができる。

また、本実施形態の発光装置は、使用する発光ダイオードの製造工程のうち、ｎ側及びｐ側パッド電極の形成工程と、保護膜形成工程との２工程を省略することができるので、従来の発光ダイオードを使用した発光装置に比べて製造コストを抑えることができる。

実施形態２
実施形態２にかかる発光装置１は、発光ダイオード２がｐ側パッド電極５４を備えており、ｎ側パッド電極５２を備えていないことを除いては、実施形態１と同様である。
図７に示すように、本実施形態の発光装置１の発光ダイオード２には、ｐ側電極２５の上面にｐ側パッド電極５４が形成されている。ｐ側パッド電極５４は、ｐ側電極２５との密着性が良好な材料から形成されている。例えば、ｐ側電極２５がＮｉ／Ａｕ膜等の金属膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、又はＭｇＯ等の導電性酸化物膜から形成されている場合には、ｐ側パッド電極５４は、Ｔｉ／Ａｕ積層膜、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜、Ｔｉ／Ｒｈ積層膜、又はＷ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜から形成することができる。

ｐ側パッド電極５４は、図７のようにｐ側電極２５の表面の一部に形成してもよいが、ｐ側電極２５の全面に形成するのが好ましく、ｐ型窒化物半導体層２５の全体に、均一に電流を流すことができる。また、ｐ側電極２５が透光性を有する場合には、発光ダイオードで発光した光の一部がｐ側電極２５を透過してｐ側パッド電極５４に達する。よって、ｐ側パッド電極５４に使用する材料は、発光ダイオードの発光波長の光に対する反射率ができるだけ高い材料、例えばＲｈ等を選択するのが好ましく、光の取出し効率を良好に維持することができる。

本実施形態の発光装置１では、ｐ側パッド電極５４があることにより、ｐ側導電部４５とｐ側パッド電極５４とが異方性導電膜６の導電粒子６４によって導通される。また、実施形態１と同様に、ｎ側導電部４３と露出部２７に露出したｎ型窒化物半導体層２２とが導電粒子６４によって導通される。よって、導電粒子６４の少なくとも表面側の金属材料を、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ又はこれらの合金のいずれかから選択すると、ｎ型窒化物半導体層２２と良好なオーミック接触するので好ましい。

本実施形態では、発光ダイオードのｎ側パッド電極５２がないので、横方向に伝搬する光の吸収が減少して、発光ダイオードの光の取出し効率が良好になる。これにより、輝度の高い発光装置を得ることができる。

実施形態３
実施形態３にかかる発光装置１は、発光ダイオード２がｎ側パッド電極５２を備えており、ｐ側パッド電極５４を備えていないことを除いては、実施形態１と同様である。
図８に示すように、本実施形態の発光装置１の発光ダイオード２には、段差部２６から露出しているｎ型窒化物半導体２２にｎ側パッド電極５２が形成されている。ｎ側パッド電極５２は、ｎ型窒化物半導体２２とオーミック接触可能な材料から形成されており、例えばＷ、Ｐｔ、Ａｕを含む材料から形成することができる。

ｐ側電極２５は、透光性を有する導電酸化物から形成しており、発光ダイオードで発光した光の一部がｐ側電極２５を透過してｐ側導電部４５に到達する。そこで、ｐ側導電部４５に使用する材料は、発光ダイオードの発光波長の光に対す反射率が７５％以上の金属材料から形成すると、従来のｐ側パッド電極に比べて光の損失量を減らすことができるので、発光装置の光の取出し効率が向上する。ｐ側導電部４５に適した金属材料としては、窒化物半導体から成る発光ダイオードの発光波長であれば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ又はこれらの合金を挙げることができる。このように、本実施形態の発光装置では、ｐ側導電部４５がｐ側電極２５と直接に接触せず、ｐ側パッド電極５４のように密着性により制限を受けないので、ｐ側導電部４５に光の反射率の良好な材料を任意に選択することができる。

本実施形態の発光装置１では、ｎ側パッド電極５２があることにより、ｎ側導電部４３とｎ側パッド電極５２とが異方性導電膜６の導電粒子６４によって導通される。ｎ側パッド電極５２が、図８に図示したよりも厚く、その表面がｐ側電極２５とほぼ面一又はわずかに突出する程度である場合には、凸部４６を形成していない実装基板４を使用することも可能である。
なお、実施形態１と同様に、ｐ側導電部４５とｎ側電極２５とが導電粒子６４によって導通される。

本実施形態では、発光ダイオードのｐ側パッド電極がないので、透光性のｐ側電極２５から漏れ出た光がｐ側パッド電極で反射されない。よって、ｐ側電極２５との密着性によって反射率を高めることのできなかったｐ側パッド電極に代えて、実装基板４に形成されたｐ側導電部４５に反射率の高い材料を用いることで、ｐ側電極２５から漏れ出た光の反射率が上昇し、発光装置の光の取出し効率を向上することが可能である。

この実施例の発光装置を、図１に基づき説明する。
発光ダイオード２は、サファイア基板２１の上に、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型窒化物半導体層２２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、最初にアンドープＧａＮからなる障壁層と続いてＩｎＧａＮからなる井戸層とのＩｎＧａＮからなる第１の障壁層とのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層２３、ｐ型窒化物半導体層２４として、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とが交互に積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。

ｎ型窒化物半導体層２２の一部の領域においては、その上に積層された活性層２３及びｐ型窒化物半導体層２４をエッチングにより除去して段差部２６を形成し、さらにｎ型窒化物半導体層２２自体の厚さ方向の一部も除去してｎ型窒化物半導体層の２２を形成している。
ｐ型窒化物半導体層２４上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物電極２５が形成されている。

この実施例１の発光装置１は、以下の製造方法により作製した。
＜半導体層２２〜２４の形成＞
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型窒化物半導体層２２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層を６４０Å、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる第1の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第2の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層２３（総膜厚１９３０Å）、ｐ型窒化物半導体層２４として、ＭｇドープＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製する。

＜段差部２６の形成＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化する。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングして段差部２６を形成し、ｎ型コンタクト層を露出させた。

＜導電性酸化物電極２５の形成＞
マスクを除去した後、スパッタリング装置にウェハを設置し、Ｉｎ₂Ｏ₃とＳｎＯ₂との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタリング装置内に設置して、加速電圧２００ｋＶでＩＴＯの導電性酸化物電極２５を形成した。

得られるウェハを所定の箇所で分割することにより、発光ダイオード２を得る。本発明の発光装置に使用する発光ダイオード２は、ｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７及び導電性酸化物電極２５に、ｎ側及びｐ側のパッド電極を備えていない。

＜実装基板４の形成＞
実装基板４は、導電性材料のＳｉから突起部４６を備えた形状に成形された。実装基板４には、突起部４６を除く実装基板４の実装面４１側に、絶縁膜４４と、Ａｇ膜から成るｐ側導電部４５とがこの順に積層された。また、突起部４６の上面４７には、Ａｇ膜から成るｎ側導電部４３が形成されている。ｐ側導電部４５及びｎ側導電部４３は、いずれもメッキにより形成することができる。

＜発光ダイオード２の実装＞
中心粒径５μｍのＡｌ粒子を芯粒子６６とし、その表面にＴｉの表面層６８を厚さ１００Åに被覆して導電粒子６４を得た。樹脂接着剤としてシリコーン樹脂を使用し、その中に、導電粒子６４を５ｖｏｌ％添加して異方性導電ペーストを得た。
この異方性導電ペーストを、実装基板４の実装面４１に、厚さ１０μｍ以上２０μｍ以下の範囲となるよう塗布し、次いで発光ダイオード２を、導電性酸化物電極２５が実装基板４の実装面４１に対向する向きで、且つ実装基板４の突出部４６が発光ダイオード２の段差部２６にはまるように位置合わせして、実装基板４の実装面４１に載置する。そして、実装基板４と発光ダイオード２とを近づける方向に圧力をかけて、実装基板４と発光ダイオード２との間の所定領域の導通を確立した状態でシリコーン樹脂を加熱硬化して、発光ダイオード２を実装して、発光装置１を得た。

以上のようにして得られた発光装置１は、駆動電圧が２０ｍＡ、主波長が４７０ｎｍ、順方向電圧が３．２Ｖであり、明るさが１５．５ｍＷであった。

（比較例）
図９に示した比較例の発光素子を説明する。導電性酸化物電極２５の表面にｐ側パッド電極５４を、露出したｎ型窒化物半導体層２２の表面にｎ側パッド電極５２を設ける他は実施例１と同様である。

＜ｎ側及びｐ側パッド電極の形成＞
エッチングにより露出させたｎ型窒化物半導体層２２の露出部２７に、ボンディング用のＷ、Ｐｔ、Ａｕを含むｎ側パッド電極５２を形成した。一方、ｐ型窒化物半導体２４の表面に形成した導電性酸化物電極２５の上に、ｎ側パッド電極５２と同一工程にてＷ、Ｐｔ、Ａｕを含むｎ側パッド電極５２と同じ部材からなるｐ側パッド電極５４を形成した。

ｎ側及びｐ側パッド電極５２、５４を設けた発光ダイオード２を備える発光素子１は、駆動電圧が２０ｍＡ、主波長が４７０ｎｍ、順方向電圧が３．１Ｖであり、明るさが１４ｍＷと、本発明の発光素子に比較して暗い装置であった。また、発光ダイオードの製造において、ｎ側及びｐ側パッド電極の形成工程を含むので、実施例１に比べてコスト高になった。

本発明の発光装置は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源に好適に利用することができ、また、発光素子としては、発光ダイオードのみならず窒化物半導体レーザ素子を用いることもできる。さらに発光装置のみならず、受光装置など他の半導体素子を備えた装置にも適用可能である。

本発明の実施の形態１にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の発光装置に使用される異方性導電層中の導電粒子を示す断面図である（Ａ、Ｂ）。本発明の実施の形態２にかかる発光装置を示す断面図である。本発明の実施の形態３にかかる発光装置を示す断面図である。比較例の発光装置を示す断面図である。従来の発光ダイオードを示す断面図である。

符号の説明

１発光装置
２発光ダイオード
４実装基板
６異方性導電層
２２ｎ型窒化物半導体層
２４ｐ型半導体層
２３段差部
２７下段部
４３ｎ側導電部
４５ｐ側導電部
４６突出部
６２樹脂接着層
６４導電粒子

Claims

ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、
前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記ｎ型窒化物半導体及び前記ｎ側導電部と直接接触していることを特徴とする発光装置。
ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、
前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、前記ｐ側電極及び前記ｐ側導電部と直接接触しており、
前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層の実装基板との接続面が、前記異方性導電層の樹脂接着層によって直接覆われていることを特徴とする発光装置。
ｎ型窒化物半導体層と、該ｎ型窒化物半導体層に積層したｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の表面のほぼ全面に形成されたｐ側電極と、を有する発光素子と、
前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続するｎ側導電部と、前記ｐ側電極と電気的に接続するｐ側導電部と、を有する実装基板と、
前記実装基板と前記発光素子を接着する樹脂接着層と、該樹脂接着層に分散された導電粒子とを含む異方性導電層と、を備え、
前記導電粒子は、少なくとも表面が金属材料から形成され、前記ｎ型窒化物半導体及び前記ｎ側導電部と直接接触し、且つ前記ｐ側電極及び前記ｐ側導電部と直接接触していることを特徴とする発光装置。
前記導電粒子は、少なくとも表面がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ及びこれらの合金から成る群から選択された１種から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記導電粒子は、その内部が、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ及びこれらの合金からなる群から選択された金属から成ることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
前記ｐ側導電部は、少なくとも表面が、前記発光素子の発光波長における反射率が７５％以上の金属材料から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記ｐ側導電部は、少なくとも表面が、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ及びこれらの合金から成る群から選択された１種から成ることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
前記ｎ型窒化物半導体層及び前記ｐ型窒化物半導体層の実装基板との接続面が、前記異方性導電層の樹脂接着層によって直接覆われていることを特徴とする請求項１又は３に記載の発光装置。
前記発光素子は、前記ｐ型窒化物半導体層側の表面に前記ｎ型窒化物半導体層の一部が露出するように形成された段差部を有し、
前記実装基板が、前記発光素子の段差部の形状に対応して成形された基板突出部を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光装置。