JP4951937B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、In3O3、SnO2、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。
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。
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。
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。
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。
<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、Al0.1Ga0.9N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In0.3Ga0.7Nからなる井戸層と膜厚が100ÅのIn0.02Ga0.98N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Al0.1Ga0.9N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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2 発光ダイオード
4 実装基板
6 異方性導電層
22 n型窒化物半導体層
24 p型半導体層
23 段差部
27 下段部
43 n側導電部
45 p側導電部
46 突出部
62 樹脂接着層
64 導電粒子
Claims (9)
- 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。
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