JP5874233B2 - 発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Description
蛍光体層は発光素子からの光を変換するために、発光素子を被覆するように形成されている。発光素子からの光は、この蛍光体層を通ることで波長変換されて光取り出し面から出射される。このとき発光素子からの光は、蛍光体層を透過して蛍光体を励起することになるが(以下、「透過型励起」ともいう)、蛍光体自身に光散乱性があるため、光取り出しのロスが生じていた。また、蛍光体層がある程度の厚みを有しているため、光取り出し面に光が到達するまでの間に、蛍光体に励起された光が再度蛍光体に当たって吸収され、光取り出し効率が低下するという問題があった。
前記光反射層は、前記電極が形成されている側において、前記電極が露出されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されていることが好ましい。
前記発光素子の半導体層と前記波長変換層の間に、透光性電極が配置されていることが好ましい。
前記光反射層は、無機化合物の粒子の集合体からなることが好ましい。
前記無機化合物の粒子の粒子間に、少なくともSi−O結合を含む部材を有することが好ましい。
前記波長変換層又は前記光反射層が、電着、静電塗装、溶射のいずれかで形成されることが好ましい。
前記透光性電極と前記波長変換層との間に、保護膜を有することが好ましい。
前記電極は、パッド電極と、前記パッド電極上に形成された金属ポストからなることが好ましいか、もしくは前記電極は、パッド電極であり、前記光反射層の表面から凹んだ位置において前記光反射層から露出されていることが好ましい。
前記金属ポストの側面は、前記波長変換層及び前記反射部材により被覆されていることが好ましい。
前記支持体は前記発光素子が収納される凹部を有し、前記凹部に前記封止樹脂が充填されてなることが好ましい。
前記波長変換部材の発光波長は、前記波長変換層の発光波長よりも短いことが好ましい。
さらに、本発明に係る別の発光装置は、一対の電極を備えた発光素子と、前記電極のそれぞれと接続される配線を備えた支持体と、を有し、前記発光素子は前記配線上にフリップチップ接合され、前記電極と前記配線とが電気的に接続されており、前記発光素子の下面と前記支持体の上面との間に、波長変換層及び絶縁材料からなる光反射層を前記発光素子側からこの順に備えてなることを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る発光素子100を示す断面図であり、図2〜図7は、本実施形態に係る発光素子の製造工程を示す概略断面図である。
本実施形態に係る発光素子は、主として、同一面側に一対の電極23を有する発光素子100と、電極23の形成されている側の発光素子100上に形成された波長変換層12と、波長変換層12上に形成された光反射層20と、を有し、一対の電極23の一部が、光反射層20から露出されている。
なお、透光性基板10、半導体層11、波長変換層12、光反射層20の積層は、これらの間に他の部材、例えば透光性電極14や保護膜15等が挟まれていてもよいものとする。
(透光性基板10)
透光性基板10は薄い半導体層11を保持する機能を有している。透光性基板10としては、半導体層11を結晶成長させる成長基板をそのまま使用することもできるし、一旦成長基板として利用した基板を剥離し、別の部材を貼り付けて透光性基板10として用いてもよい。
透光性基板10上に配置される半導体層11は、少なくともn型半導体層、活性層、及びp型半導体層が順に積層形成され、p型半導体層と電気的に接続されたパッド電極16と、p型半導体層側からエッチング等により露出されたn型窒化物半導体層と電気的に接続されたパッド電極17と、を有し、各電極の表面の少なくとも一部を除いて保護膜15が形成されている。
電極23は、半導体層11を外部電源に接続するための導電部材である。本実施形態では、パッド電極16、17と、その上に形成された金属ポスト18からなる。
パッド電極16、17については、半導体層11とオーミック接合を示す材料が好ましく、それぞれ単一の材料で構成してもよいし、2種以上の材料の積層でも良く、化合物としても良い。また、半導体層11との界面部には光反射率の高い材料を用いることが好ましい。ここで言う光反射率とは、半導体層11で生ずる波長に対しての光反射率を指す。また、オーミック特性と光反射特性を別々の層で構成しても構わない。具体的にはオーミック特性を得るのに透光性電極14を用いても良い。この場合は、図1に示すように、半導体層11上に透光性電極14が形成され、透光性電極14の一部にパッド電極16が形成されてなる。
パッド電極16、17の具体的な材料としては、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)、ランタン(La)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、イットリウム(Y)等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。
保護膜15は半導体層11の剥き出し部を保護するために用いられ、パッド電極16、17の表面が露出するように開口されて形成される。材料としてはSiO2、Al2O3、SiN等の絶縁性材料で形成される。成膜方法としては、スパッタ法、CVD法、蒸着法等を用いる事が出来る。なお、この層は必ずしも必要というわけではない。保護膜15が形成されている場合には、後述の波長変換層12は、保護膜15を介して半導体層11又は透光性電極14の上に形成される。
透光性電極14は、半導体層11の広い範囲を覆うように設けられ、パッド電極16を介して供給される電流を半導体層11の全面に均一に拡散させるための電極である。ただし、透光性電極14は金属ポスト18やパッド電極のように外部と電気的接続を取るものではないため、光反射層20からは露出されない。
本実施形態では、半導体層11と波長変換層12との間に形成され、波長変換層側へと光を透過させる。なお、ここで言う「間」とは、透光性の別部材を介している場合も含むものとする。つまり、透光性電極を透過した光が波長変換12層に到達し、さらに光反射層20から反射された光を光取り出し面側に透過することが可能な部材であれば特に問題なく、例えば保護膜15を介していてもよい。
透光性電極14は、前記した材料を、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法(化学気相成長法)などにより形成することができる。
金属ポスト18は、後に形成される波長変換層12及び光反射層20を避けて電極端子を外部に露出させるために形成される。パッド電極16、17と電気的に接続することが可能で、電気を流すものであれば特に限定されないが、例えば、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)等の単体、または、これらの多層膜や合金等を用いることができる。好ましくは、熱伝導率等に優れた金(Au)を単体で用いることである。
波長変換層12は、給電に使用する一対の電極23以外の領域であって、半導体層11上を被覆する。波長変換層12については半導体層11からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発するもので、半導体層11からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。波長変換層は、1種の蛍光体等を単層で形成してもよいし、2種以上の蛍光体等が混合された単層を形成してもよいし、1種の蛍光体等を含有する単層を2層以上積層させてもよいし、2種以上の蛍光体等がそれぞれ混合された単層を2層以上積層させてもよい。
この透光性の材料としてはシリコーン等の樹脂でも良く、ポリシラザンやゾルゲル等の無機材料でも良い。とくにSi−O結合を有する物が好ましい。Si−O結合系の材料は比較的光による劣化が少なく、素子信頼性の向上に繋がるからである。
光反射層20は、半導体層11からの光を光取り出し面方向に反射させるものである。従って、少なくとも半導体層11から発光する波長に対して50%以上の光反射率を有することが好ましい。光反射層20は、半導体層11上に形成された波長変換層12を被覆する。パッド電極16、17間から波長変換層12を通って波長変換された光は光反射層20により半導体層11側へと戻され、光取り出し面側から出射される。
次に、第1実施形態に係る発光素子の製造方法について、図2〜7を参照しながら説明する。
まず、図2に示すように、同一面側に少なくとも一対のパッド電極16、17を有する発光素子を準備する。この発光素子は、個々の発光素子に分割される前のウエハ状態の発光素子であり、透光性基板10上に半導体層11が形成され、半導体層11上に少なくとも一対のパッド電極16、17が形成されている。パッド電極16は透光性電極14を介して形成されており、パッド電極16、17の上面の一部を除いて保護膜15が形成されている。
特に、波長変換層12及び光反射層20を無機材料で形成することにより、レーザスクライブ法等の破断による分割が可能となり、分割時に生じる発光素子への損傷が少なく、信頼性を向上させることができる。また、レーザスクライブ法等の破断による分割によれば、分割時の切りしろを少なくすることができるため、収率を向上させることができるため好ましい。
図1に示す前記第1実施形態に係る発光素子100の側面には、半導体層11の側面が露出された例を示したが、本変形例では、半導体層11の側面が波長変換層12に被覆された発光素子600について、図14を参照して説明する。第1実施形態と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。
さらに別の変形例を、図15を参照して説明する。本変形例の発光素子700は、金属ポスト18の側面が波長変換層12により被覆されている。これにより金属ポスト18が光反射層20から露出される部分において、金属ポスト18の周囲に波長変換層12が光反射層20から露出されてなる。これにより波長変換層12の接着面積が増え、結着力が上がり工程中での波長変換層12の脱落を防ぐことが出来、歩留まりを向上させることができる。
図8に示すように、本実施形態の発光素子200は金属ポスト18を有しておらず、光反射層の表面から凹んだ位置においてパッド電極16、17の上面が露出されるように、光反射層20及び波長変換層12が開口されてなる発光素子であり、その他の構成については第1実施形態と同様である。本実施形態の発光素子200は、第1実施形態の発光素子と同様の効果を有する。なお、本実施形態においてはパッド電極16、17が電極に該当する。
その他の部分については、第1実施形態と同様にして形成することができる。
本実施形態の発光装置300は、第1実施形態の発光素子100を支持体に搭載して樹脂封止したものである。本実施形態の発光装置300は、図10に示すように、発光素子100が収納される凹部を有する支持体22と、凹部内に充填される封止樹脂28とを有する。さらに、封止樹脂28には、波長変換部材29が含有されている。
支持体22は、発光素子100を載置するための部材である。支持体22の底面には、発光素子の一対の電極23と電気的接続をとるための少なくとも一対の導体配線24を有している。また、支持体22の外側に、外部との電気的接続を取るための外部端子26を有している。
なお、この支持体22の材料は特に限定されることはない。例えば、セラミックス(Al2O3、AlN等)、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン(bismaleimide triazine resin)、ポリフタルアミド(PPA)等の樹脂を用いることができる。また、導体配線24についても、リードフレーム等の導電性の板材であってもよい。支持体22は、凹部を有することが好ましく、これにより封止樹脂28を容易に充填することができる。
発光素子を被覆する封止樹脂28は、発光素子100からの光を透過可能な透光性を有するものであればよい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。封止部材28に含有される波長変換部材としては、波長変換層12で説明したものと同様の蛍光体等を用いることができる。波長変換層12で用いる蛍光体と、封止樹脂に含有させる波長変換部材は、同じものであっても良いし、種類や発光波長が異なるものであっても良い。支持体22が凹部を有する場合は、凹部に封止樹脂28を充填することで、発光素子が被覆される。
図11に、第4実施形態の発光装置400を示す。
本実施形態では、発光素子に波長変換層12を形成し、波長変換層12上に形成された光反射層20に代えて、発光素子実装時に発光素子下部を埋めるように形成される光反射層32を用いて光を取り出し面側に反射させる。この光反射層32は、絶縁材料からなるいわゆるアンダーフィル等を用いることができる。光反射層32は、光反射層20と同様の材料により形成することができる。
すなわち、前記に示す発光素子及び発光装置の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光素子及び発光装置を例示するものであって、本発明は、発光素子及び発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
300、400・・・発光装置
10・・・基板
11・・・半導体層
12・・・波長変換層
14・・・透光性電極
15・・・保護膜
16、17・・・パッド電極
18・・・金属ポスト
19・・・レジスト
20、32・・・光反射層
21・・・分割予定線
22・・・支持体
23・・・電極
24・・・導体配線
26・・・外部端子
28・・・封止樹脂
29・・・波長変換部材
30・・・接合部材
Claims (12)
- 同一面側に一対の電極を有する発光素子と、
前記電極が形成されている側の発光素子上に形成された波長変換層と、
前記波長変換層上に形成された、絶縁性の無機化合物の粒子の集合体である光反射層と、
前記前記無機化合物の粒子の粒子間に、少なくともSi−O結合を含む部材と、を有し、
前記一対の電極の一部が、前記光反射層から露出されていることを特徴とする発光素子。 - 前記光反射層は、前記電極が形成されている側において、前記電極が露出されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されている請求項1に記載の発光素子。
- 前記発光素子の半導体層と前記波長変換層の間に、透光性電極が配置されている請求項1又は請求項2に記載の発光素子。
- 前記透光性電極と前記波長変換層との間に、保護膜を有する請求項3に記載の発光素子。
- 前記電極は、パッド電極と、前記パッド電極上に形成された金属ポストからなる請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記電極は、パッド電極であり、前記光反射層の表面から凹んだ位置において前記光反射層から露出されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記金属ポストの側面は、前記波長変換層及び前記反射部材により被覆されている請求項5に記載の発光素子。
- 前記光反射層が、前記発光素子の側面に露出されている請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記金属ポストと、前記光反射層とが略面一とされている請求項5又は請求項7に記載の発光素子。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載された発光素子が載置される支持体と、
前記発光素子を被覆する封止樹脂と、を有し、
前記封止樹脂に波長変換部材が含有されている発光装置。 - 前記支持体は前記発光素子が収納される凹部を有し、前記凹部に前記封止樹脂が充填されてなる請求項10に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材の発光波長は、前記波長変換層の発光波長よりも短い請求項10又は請求項11に記載の発光装置。
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