JP6003246B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極体を備える発光素子に関する。

従来、液晶テレビ用バックライト、照明器具、或いは光通信用デバイスなどの光源として、例えば、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの発光素子が広く用いられている。

一般的に、発光素子は、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を有する半導体素子と、ｐ型半導体層を覆うように形成される全面電極と、全面電極上に形成されるｐ側パッド電極と、ｎ型半導体層上に形成されるｎ側パッド電極と、を備える（例えば、特許文献１参照）。光取り出し効率の低減を抑えることを目的として、ｐ側パッド電極は、全面電極の一部分だけを覆っている。

特開２００８−１３０９５３号公報

ここで、自動車のフロントコンソールに設けられるボタン表示灯やオーディオ装置の常時灯のように、発光素子が搭載される機器の使用状況によっては、発光素子の光量が小さいことが好ましい場合がある。

しかしながら、従来の発光素子の光量を低減させるには、供給電流を制御可能な電源装置を用いる必要があり、そのような電源装置を備えない機器では光量を低減させることができない。また、発光素子の半導体特性を制御することによって光量を低減させることも可能ではあるが、半導体の成膜条件などを変更する必要があるため容易ではない。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、光量を簡便に低減可能な発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る発光素子は、ｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成されるｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の上面に配置される全面電極と、全面電極の上面に配置されるｐ側パッド電極と、を備える。ｐ側パッド電極の上面の平面視において、ｐ側パッド電極は、全面電極を取り囲んでいる。発光素子は、フェイスアップ用途に用いられる。フェイスアップとは、ｎ型半導体を下面、ｐ型半導体層を上面として、ｐ側パッド電極が実装面と反対側に配置されている構成をいう。

本発明に係る発光装置は、発光素子は、ｎ型半導体を下面とし、かつ、ｐ型半導体層を上面として、基台に実装され、ｐ側パッド電極は基台に設けられた配線金属と金属ワイヤを介して電気的に接続されている。ここで「基台」とは、発光素子が載置される台座のことを意味し、例えば、一般的に使用される「パッケージ」や「実装基板」「リード」と呼ばれるものが相当する。なお、ランプタイプの発光装置においては、第１のリードと第２のリードとに物理的に分かれた一対のリードが使用されているが、これら一対のリードを「基台」と称する。

本発明によれば、光量を簡便に低減可能な発光素子を提供することができる。

発光装置の断面図 発光素子の平面図 図２のIII-III線における断面図

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。図面において上面側とは電極が設けられている側を意味し、下面側とは発光素子が実装される側を意味する。

（発光装置１の構成）
発光装置１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る発光装置１の構成を示す断面図である。

発光装置１は、発光素子１０と、パッケージ２０と、を備える。

発光素子１０は、パッケージ２０にフェイスアップ実装される。発光素子１０は、パッケージ２０を介して供給される電流によって発光する。発光素子１０の構成については後述する。

パッケージ２０は、発光素子１０を収容しており、発光素子１０に電流を供給する。パッケージ２０は、第１リード２１、第２リード２２、封止部材２３、第１ボンディングワイヤ２４、第２ボンディングワイヤ２５及びモールド部２６を有する。

第１リード２１に形成される凹部の底面には、発光素子１０が載置される。第１リード２１は、第１ボンディングワイヤ２４を介して発光素子１０に電気的に接続される。第２リード２２は、第１リード２１に隣接して配置されている。第２リード２２は、第２ボンディングワイヤ２５を介して発光素子１０に電気的に接続される。

封止部材２３は、第１リード２１の凹部に充填される。封止部材２３は、透光性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂など）や硝子などによって構成され、光散乱材（チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素など）を包含している。

第１ボンディングワイヤ２４は、発光素子１０と第１リード２１とに接続される。第２ボンディングワイヤ２５は、発光素子１０と第２リード２２とに接続される。第１及び第２ボンディングワイヤ２４，２５は、例えばAuによって構成される。

モールド部２６は、いわゆる砲弾形状に形成されており、第１リード２１及び第２リード２２を包み込む。モールド部２６は、封止部材２３と同様に、透光性樹脂や硝子などによって構成される。

（発光素子１０の構成）
次に、発光素子１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る発光素子１０の構成を示す平面図である。図３は、図２のIII-III線における断面図である。

発光素子１０は、成長基板１１０、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０、全面電極１５０、ｐ側パッド電極１６０、ｎ側パッド電極１７０及び保護層１８０を備える。

成長基板１１０は、ｎ型半導体層１２０をエピタキシャル成長可能な格子整合性を有する材料によって構成される。このような材料としては、例えば、サファイアやスピネルなどの絶縁性材料や、炭化ケイ素、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ及びダイヤモンドなどの酸化物材料などが挙げられる。本実施形態に係る成長基板１１０は、サファイアによって構成されているものとする。

ｎ型半導体層１２０、発光層１３０及びｐ型半導体層１４０は、成長基板１１０上に順次積層されている。ｎ型半導体層１２０、発光層１３０及びｐ型半導体層１４０は、窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、或いはこれらの混晶であるIII-V族窒化物半導体（Iｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１））などによって構成される。これらの層の結晶成長法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ハイドライドＣＶＤ法などが挙げられる。なお、発光層１３０は、ｎ型半導体層１２０及びｐ型半導体層１４０から注入される電子及び正孔の再結合によって生成されるエネルギーを光として放出する。すなわち、発光素子１０の出射光は、発光層１３０から放出される。

全面電極１５０は、ｐ型半導体層１４０上に積層される。全面電極１５０は、上面１５０Ｓと側面１５０Ｔとを有する。全面電極１５０は、ｐ型半導体層１４０の上面１４０Ｓのうち外縁以外の略全面を覆っている。全面電極１５０は、発光層１３０から放出される出射光を透過する材料によって構成される。このような透光性の材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａのうち少なくとも１つの元素を含む酸化物（例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２など）が挙げられる。全面電極１５０として、特にＩＴＯ、ＩＺＯが好ましい。なぜならばＶｆ（順方向電圧）を下げることができるからである。なお、全面電極１５０が使用されなかった場合、Ｖｆは高いままとなる。

全面電極１５０は、ｐ型半導体層１４０の６５％以上９５％以下を覆っていることが好ましい。より好ましくは、８０％以上であること、また、９０％以下であることである。これによって、発光素子上の発光ムラを低減することができる。

ｎ型半導体層１２０には、ｎ側パッド電極１７０が設けられ、ｎ側パッド電極１７０の上面の平面視において、ｎ型半導体層１２０の上面の平面視に対して２０％以上８０％以下の大きさを有していることが好ましく、４５％以下であることがより好ましい。

ｐ側パッド電極１６０は、全面電極１５０上に形成される。ｐ側パッド電極１６０は、第１ボンディングワイヤ２４の先端が接続される上面１６０Ｓを有する。本実施形態において、ｐ側パッド電極１６０は、図３に示すように、全面電極１５０の上面１５０Ｓの全面を覆っている。また、ｐ側パッド電極１６０は、図３に示すように、全面電極１５０の側面１５０Ｔの全体を覆っている。そのため、図２に示すように、上面１６０Ｓを平面視した場合、ｐ側パッド電極１６０は、全面電極１５０を取り囲むように設けられている。換言すれば、全面電極１５０は、ｐ側パッド電極１６０の内側に設けられている。そのため、ｐ側パッド電極１６０の上面１６０Ｓの面積は、全面電極１５０の上面１５０Ｓの面積よりも大きい。

ただし、上面１６０Ｓを平面視した場合、ｐ側パッド電極１６０は、ｐ型半導体層１４０の内側に設けられていることが好ましい。すなわち、ｐ側パッド電極１６０の上面１６０Ｓの面積は、ｐ型半導体層１４０の上面１４０Ｓの面積よりも小さいことが好ましい。

ｎ側パッド電極１７０は、ｎ型半導体層１２０上に形成される。ｎ側パッド電極１７０には、第２ボンディングワイヤ２５の先端が接続される。ｎ側パッド電極１７０の平面形状は、図２に示す形状には限られない。

なお、ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜によって形成することができる。具体的には、Ｎｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等が例示される。ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができるが、例えば、５０〜５００ｎｍ程度であればよい。

保護層１８０は、発光素子１０の最表面に形成される。保護層１８０は、第１ボンディングワイヤ２４の先端を挿入するためのｐ側開口１８０ａと、第２ボンディングワイヤ２５の先端を挿入するためのｎ側開口１８０ｂと、を有する。保護層１８０は、電気的絶縁性を有する材料によって構成される。このような材料としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ポリイミドなどが挙げられる。

発光素子１００の大きさは特に限定されない。例えば、２３０μｍ×１２０μｍの外形を有し、ｐ型半導体層１４０は９２６７μｍ^２、ｐ側パッド電極１６０は６４３０μｍ^２、全面電極１５０は６１１７μｍ^２、ｎ型半導体層１２０は１８３３３μｍ^２、ｎ側パッド電極１７０は８０９６μｍ^２、ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０の開口部は２８２７μｍ^２の大きさを有する。

発光素子は、全体としての光量を下げるのみでなく、上面方向より側面方向への発光強度を高めることができる。

（発光素子１０の製造方法）
発光素子１０の製造方法について、図３を適宜参照しながら説明する。

まず、サファイアによって構成される成長基板１１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法によってｎ型半導体層１２０、発光層１３０及びｐ型半導体層１４０を順次積層する。

次に、発光層１３０及びｐ型半導体層１４０の一部をエッチングすることによって、ｎ型半導体層１２０を露出させる。

次に、ｐ型半導体層１４０上に、例えばスパッタ法によってＩＴＯによって構成される全面電極１５０を形成する。この際、ｐ型半導体層１４０の上面１４０Ｓの外縁以外の略全面を覆うように全面電極１５０を形成する。

次に、エッチングによって露出されたｎ型半導体層１２０上及び全面電極１５０上に、例えばリフトオフ法によってパッド電極をパターニングすることによって、ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０を形成する。この際、全面電極１５０の上面１５０Ｔ及び側面１５０Ｔの全面を覆うようにｐ側パッド電極１６０を形成する。

次に、ＳｉＯ_２によって構成される保護層１８０で積層体の上面全体を覆うことによって、発光素子１０が完成する。

（作用及び効果）
本実施形態に係るｐ側パッド電極１６０の上面１６０Ｓを平面視した場合、ｐ側パッド電極１６０は、全面電極１５０を取り囲んでいる。

従って、発光素子１０の半導体素子構造を変更することなく、発光素子１０の光量を低減させることができる。従って、半導体特性を変更する必要がないため、発光素子１０の光量を簡便に低減させることができる。さらに、ｐ側パッド電極１６０の面積を大きくしたことに応じて内部抵抗を低減できるため、発光素子１０のＶｆを低下させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

（Ａ）上記実施形態では、全面電極１５０及びｐ側パッド電極１６０の平面形状を矩形としたが、これに限られるものではない。全面電極１５０及びｐ側パッド電極１６０の平面形状は、例えば円形、楕円形、或いは多角形などであってもよい。また、全面電極１５０の平面形状は、ｐ側パッド電極１６０の平面形状と異なっていてもよい。

（Ｂ）上記実施形態において、発光素子１０は、成長基板１１０を備えることとしたが、これに限られるものではない。成長基板１１０は、半導体層を形成した後に除去されてもよい。

（Ｃ）上記実施形態では、発光素子１０は、保護層１８０を備えることとしたが、保護層１８０を備えていなくてもよい。

（Ｄ）上記実施形態では、ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０の内部構成について特に触れていないが、ｐ側パッド電極１６０及びｎ側パッド電極１７０は単層構造を有していてもよいし、複層構造を有していてもよい。

（Ｅ）上記実施形態では、発光素子１０が有する半導体構造として、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０及びｐ型半導体層１４０が積層された構造について説明したが、これに限られるものではない。発光素子１０が有する半導体構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合等を有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造を適用することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…発光装置
１０…発光素子
２０…パッケージ
２１…第１リード
２２…第２リード
２３…封止部材
２４…第１ボンディングワイヤ
２５…第２ボンディングワイヤ
２６…モールド部
１１０…成長基板
１２０…ｎ型半導体層
１３０…発光層
１４０…ｐ型半導体層
１５０…全面電極
１６０…ｐ側パッド電極
１７０…ｎ側パッド電極
１８０…保護層
１８０ａ…ｐ側開口
１８０ｂ…ｎ側開口

Claims (7)

1. ｎ型半導体層と、
   前記ｎ型半導体層上に形成される発光層と、
   前記発光層上に形成されるｐ型半導体層と、
   前記ｐ型半導体層の上面に接して配置され、透光性を有する全面電極と、
   前記全面電極の上面全体に接して配置されるｐ側パッド電極と、を備え、
   前記ｐ側パッド電極の上面の平面視において、前記ｐ側パッド電極は、前記全面電極を取り囲んでいる、発光素子を有し、
   前記発光素子は、基台の上面に、前記ｎ型半導体層を下面とし、かつ、前記ｐ型半導体層を上面として実装される、
   発光装置。
2. 前記ｐ側パッド電極の前記上面の平面視において、前記ｐ側パッド電極は、前記ｐ型半導体層の内側に設けられている、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記全面電極は、前記ｐ型半導体層の６５％以上９５％以下を覆っている、
   請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記全面電極は、ＩＴＯ、ＩＺＯである、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記ｎ型半導体層には、ｎ側パッド電極が設けられ、
   前記ｎ側パッド電極は、前記ｎ側パッド電極の上面の平面視において、前記ｎ型半導体層の上面の平面視に対して２０％以上４５％以下の大きさを有している、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記ｐ側パッド電極は、前記基台に設けられた配線金属と金属ワイヤを介して電気的に接続されている、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記ｐ側パッド電極は、Ｎｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕのいずれかの積層膜を備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。

Images