JP7161105B2 - 発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Description
しかし、一方では、上述した発光素子では、光反射性の樹脂を意図する領域に十分に充填できず、この樹脂による光反射が不十分になり、光取り出し効率を低下させる要因となっている。よって、さらに樹脂を充填しやすくし、発光素子の広い範囲に光反射性の樹脂を配置する必要がある。
(1)第1半導体層、発光層及び第2半導体層を順に有し、かつ前記第2半導体層側に前記第2半導体層及び前記発光層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部が、第1方向に沿って複数の列状に配置される半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、複数の前記露出部の上方に開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部にて前記露出部と接続され、かつ一部が前記絶縁膜を介して前記第2半導体層上に配置された第1電極と、
前記第2半導体層上に接続された第2電極と、
前記第1電極と接続され、平面視において、前記露出部と離間し、前記第1方向に沿って配列する前記露出部の列間に配置された複数の第1外部接続部と、
前記第2電極と接続され、平面視において、前記第1方向に沿って配列する前記露出部を繋ぐ直線上を除く領域に配置された複数の第2外部接続部とを含む発光素子。
(2)上面に配線パターンを有する基板と、
前記配線パターン上にフリップチップ実装される上述した発光素子と、
前記発光素子、前記第1外部接続部及び前記第2外部接続部並びに前記基板を被覆する光反射性物質を含む被覆部材とを備える発光装置。
本願において、第1方向は、半導体積層体13又は発光素子10の一つの辺に平行な一方向を意味する。また、第2方向は、第1方向に直交する方向を意味する。
本開示の一実施形態における発光素子10は、図1Aから1Cに示すように、第1半導体層13n、発光層13a及び第2半導体層13pを順に有する半導体積層体13と、半導体積層体13の側面および上面を覆う絶縁膜14と、第1半導体層13nと接続され、第2半導体層13p上に配置された第1電極11と、第2半導体層13p上に接続された第2電極12と、第1電極11と接続された第1外部接続部21と、第2電極12と接続された第2外部接続部22とを含む。
半導体積層体13は、第2半導体層13p及び発光層13aから第1半導体層13nが露出する複数の露出部13bを有している。露出部13bは、第1方向に沿って複数の列状に配置されている。
絶縁膜14は、複数の露出部13bの上方に開口部14aを有する。
第1電極11は、開口部14aにて露出部13bと接続され、かつ一部が絶縁膜14を介して第2半導体層13p上に配置されている。
第1外部接続部21は、平面視において、露出部13bと離間し、第1方向に沿って配列する露出部13bの列間に配置されて、複数配置されている。
第2外部接続部22は、平面視において、第1方向に沿って配列する露出部13bを繋ぐ直線上を除く領域に複数配置されている。
このような発光素子10においては、第1電極11及び第2電極12と、第1外部接続部21及び第2外部接続部22とが設けられた面側を実装面としたフリップチップ実装に適した構造を有している。この際、実装面と反対側の面が主な光取り出し面となる。
発光素子10の平面形状は、例えば、四角形、六角形等の多角形、これらの角に丸みを帯びた形状、円形又は楕円形等が挙げられる。なかでも、四角形が好ましい。
発光素子10を構成する半導体積層体13は、第1半導体層13n、発光層13a及び第2半導体層13pがこの順に積層されて構成される。このような半導体積層体13は、通常、絶縁性の支持基板15上に形成されている。ただし、最終的に、発光素子10においては、支持基板15が除去されたものでもよい。発光層13aと、発光層13aの上面に設けられた第2半導体層13pとは、第1半導体層13nの上面のうち所定の領域に設けられている。つまり、第1半導体層13n上の一部の領域には、第2半導体層13p及び発光層13aが存在しない。このように、第1半導体層13nが、発光層13a及び第2半導体層13pから露出する領域を露出部13bと称する。つまり、半導体積層体13は、第2半導体層13pの表面に、平面視において互いに離間した複数の孔を有し、孔の底面に第1半導体層13nが露出している。そして、孔の側面には第2半導体層13pの側面、発光層13aの側面、及び第1半導体層13nの側面が露出している。
露出部13bの形状は、例えば、平面視において円又は楕円、三角形、四角形、六角形等の多角形等が挙げられ、なかでも、円形又は円形に近い楕円形状が好ましい。露出部13bの大きさは、半導体積層体13の大きさ、求められる発光素子の出力、輝度等によって適宜調整することができ、例えば、直径が数十μm~数百μm程度の大きさであることが好ましい。別の観点から、露出部13bの直径が、半導体積層体13の一辺の1/20~1/5程度の大きさであることが好ましい。露出部13bは、1つの発光素子において規則的に配置していることが好ましい。具体的には、第1方向に沿って複数列配置されていることが好ましい。また、露出部13bは、第2方向にも数行以上配置されていることが好ましい。例えば、露出部13bは、第2方向に数行~十数行配置されていることが好ましい。なかでも、第1方向に沿って列状に配置する露出部13bは、互いに隣接するように3列以上配置されていることがより好ましい。第1方向に並ぶ露出部13bの数は、第2方向に並ぶ露出部13bの数と同じでも、多くても、少なくてもよい。例えば、列状に配置される露出部13bの第1方向に沿った列の数は、1つの列内に配置される露出部13bの数よりも少ないことが好ましい。これにより、後述する第1外部接続部21を、第2方向に沿って配列する露出部13bの列間により大きな面積で形成することができる。
露出部13bは、規則的に配置していることが好ましい。具体的には、露出部13bは、平面視において、略等間隔に配置されていることが好ましい。これによって、発光素子の輝度ムラを抑制して、均一に光取り出しすることができる。具体的には、露出部13bは、上面視で略円形状である。露出部13bの大きさは、例えば、直径数十μm~数百μmであり、上面側に一定の間隔で整列して配置されていることが好ましい。
絶縁膜14は、半導体積層体13の上面及び側面を被覆するとともに、露出部13bの上方に開口部14aを、第2半導体層13pの上方に開口部14bを有する。絶縁膜14が半導体積層体13を被覆し、かつ露出部13bの上方に開口部14aを有することにより、第2半導体層13pの上面を覆う絶縁膜14の上面の広範囲に、例えば絶縁膜14の上面の略全面に第1電極11を形成することができる。
絶縁膜14は、当該分野で公知の材料によって、電気的な絶縁性を確保し得る材料及び厚みで形成されていることが好ましい。具体的には、絶縁膜14は、金属酸化物及び金属窒化物等、例えば、Si、Ti、Zr、Nb、Ta、Alからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物によって形成することができる。
第1電極11及び第2電極12は、半導体積層体13の上面側(つまり、成長基板とは反対側である第2半導体層側)に配置されている。
第1電極11は、露出部13bの上方における絶縁膜14の開口部14aにて、露出部13bと接続している。この場合、第1電極11は複数の露出部13bを覆うように接続されることが好ましく、全部の露出部13bが第1電極11に覆われ、一体的に接続されることがより好ましい。従って、第1電極11は、第1半導体層13n上のみならず、第2半導体層13p上方にも配置される。つまり、第1電極11は、絶縁膜14を介して、露出部13bを形成する孔の側面(つまり発光層13a及び第2半導体層13pの側面)及び第2半導体層13p上に配置される。
第1電極11及び第2電極12は、第1半導体層13n及び第2半導体層13pと、それぞれ直接接触しておらず、後述する光反射性電極等の導電性部材を介して電気的に接続されていてもよい。
第1電極11及び第2電極12の平面視形状は、半導体積層体13の平面視形状が矩形の場合、同様にその外縁形状が矩形又は略矩形であることが好ましい。第1電極11及び第2電極12は、平面視において、1つの半導体積層体13においては、一方向に並行して交互に配置されていることが好ましい。例えば、平面視において、第1電極11が第2電極12を挟むように配置されていることが好ましい。
発光素子10は、第1電極11及び/又は第2電極12と第2半導体層13pとの間に光反射性電極16を有していてもよい。
光反射性電極16としては、銀、アルミニウム又はこれらのいずれかの金属を主成分とする合金を用いることができ、特に発光層から発せられる光に対して高い光反射性を有する銀又は銀合金がより好ましい。光反射性電極16は、発光層から出射される光を効果的に反射することができる程度の厚みを有することが好ましく、例えば、20nm~1μm程度が挙げられる。光反射性電極16は、半導体積層体13の上面の広い範囲に配置されることが好ましい。具体的には、平面視において、光反射性電極16の総平面積は、半導体積層体13の平面積の50%以上、60%以上、70%以上が挙げられる。
第1外部接続部21及び第2外部接続部22は、第1電極11及び第2電極12と電気的に接続され、外部と接続するために設けられる。
第1外部接続部21は、第1電極11と接続され、第2半導体層13pの上方において、絶縁膜14の上面に設けられた第1電極11上に設けられるとともに、平面視において、露出部13bとは離間して配置されている。第1外部接続部21は、第1方向に沿って配列する露出部13bの列間に配置されている。また、第1外部接続部21は、第2方向に沿って複数配置されている。第1外部接続部21は、第1方向に長い形状を有する。第1外部接続部21の第1方向における長さは、半導体積層体13の第1方向の半分の長さよりも若干短い。具体的には、第1外部接続部21の第1方向における長さは、半導体積層体13の第1方向の長さの35%~45%の長さが挙げられる。第1外部接続部21は、第2方向に沿って配列する露出部13bの列間ごとに1つずつ配置されることが好ましい。
また、露出部13bが第2方向に沿って複数列が列状に配置される場合、発光素子10は複数の第1外部接続部21を有し、複数の第1外部接続部21は各列間に1つずつ配置されることが好ましい。つまり、各列間に配置する2つ以上の第1外部接続部21は、互いに、列状に配置される露出部13bを挟んで離間して配置されていることが好ましい。そして、それぞれの第1外部接続部21が、第1外部接続部21に沿って隣接する露出部13b間に延伸する延伸部21aを備えることにより、第1外部接続部21の面積をより大きく形成することができる。
なお、平面視において第1方向に沿って、半導体積層体13の外縁に隣接して配列する露出部13bが存在する場合、半導体積層体13の外縁と露出部13bとの間には、第1外部接続部21よりも幅狭の第1外部接続部21が配置されていてもよい。この場合、半導体積層体13と対面する第1外部接続部21の形状は、半導体積層体13と同様に、第1方向にまっすぐに伸びる形状であることが好ましい。
言い換えると、発光素子10の第1電極11及び第2電極12の上には、露出部13bが並ぶ直線上において、第1外部接続部21及び第2外部接続部22の双方が配置されていない領域が存在する。このような領域は、発光素子10の一辺に平行な直線上に存在することが好ましい。これにより、このような発光素子10を用いて発光装置を構成する場合、発光素子10の第1方向に沿って、被覆部材27を構成する樹脂を第1外部接続部21及び第2外部接続部22が配置されている領域周辺にまで効率よく流し込むことができる。その結果、第1外部接続部21及び第2外部接続部22が配置することにより放熱性を確保しつつ、発光素子10の全体に対して被覆部材27を配置させ、発光素子10の光取り出し効率を向上することができる。また、発光素子10の全体において被覆部材27にボイドが発生することを有効に防止することができる。
上述した発光素子10の変形例として、図2に示す発光素子30が挙げられる。
この実施形態における発光素子30は、第2外部接続部32bが、平面視において、第1方向に沿って配列する露出部13bを繋ぐ一部の直線上を除く領域に配置されているが、ここでは、第1方向に沿って配列する露出部13bを繋ぐ2つの直線上を除く領域に配置されている。第2外部接続部32bの両側の第2外部接続部32aは、平面視において、第2方向に長い形状を有し、それらに挟まれた第2外部接続部32bは、第2外部接続部32aよりも若干第2方向に長い。第2外部接続部32a、32b間の距離は、発光素子10における第2外部接続部32b間の距離と同等であることが好ましい。このような第2外部接続部32aを配置することにより、実施形態1に比べて、発光素子10の第1方向における被覆部材27の流し込みやすさは劣るものの、第2外部接続部32aを配置する面積を増加させ放熱性を向上させることができる。
なお、図2においては、第2外部接続部32a、32bは3分割されているが、2分割、4分割以上でもよい。
本開示の一実施形態における発光装置20は、図3A及び3Bに示すように、上面に配線パターンを有する基板23と、上述した発光素子10と、被覆部材27とを備える。
基板23は、上面に配線パターン24、25を有し、配線パターン24、25上に発光素子10が、フリップチップ実装されている。
基板の材料としては、例えば、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックスなどの絶縁性部材、表面に絶縁性部材を形成した金属部材等が挙げられる。なかでも、基板の材料は、耐熱性及び耐候性の高いセラミックスを利用したものが好ましい。セラミックス材料としては、アルミナ、窒化アルミニウムなどが挙げられる。
被覆部材27は、発光素子10の側面、発光素子10と基板23との間、基板23の上面、第1外部接続部21及び第2外部接続部22の側面を被覆する。被覆部材27は、発光素子10の下面において、露出部の直下にも配置されることが好ましい。また、後述するように、発光装置20が、発光素子10の上面に透光部材28を有する場合には、被覆部材27は、透光部材28の側面も被覆することが好ましい。
被覆部材27は、光反射性、透光性、遮光性等を有する樹脂、これらの樹脂に光反射性物質、蛍光体、拡散材、着色剤等を含有した樹脂等によって形成することができる。なかでも、被覆部材27は、光反射性及び/又は遮光性を有することが好ましい。被覆部材27を構成する樹脂、光反射性物質等は、当該分野で通常使用されているもののいずれをも利用することができる。例えば、樹脂としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂の1種以上を含む樹脂又はハイブリッド樹脂等が挙げられる。光反射性物質としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどが挙げられる。
被覆部材27は、例えば、射出成形、ポッティング成形、樹脂印刷法、トランスファーモールド法、圧縮成形などで成形することができる。
発光装置20は、発光素子10の上面に透光部材28を有することが好ましい。透光部材28は、発光素子の光取り出し面を被覆し、発光素子10から出射される光の50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上を透過させ、外部に放出することが可能な部材である。透光部材28は、光拡散材、発光素子10から出射される光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を含有することができる。透光部材28の下面外縁は、発光素子10の上面外縁と一致するか、上面外縁より内側又は外側のいずれかのみに位置することが好ましい。透光部材28は板状であることが好ましく、透光部材28の厚みは、例えば、50μm~300μmが挙げられる。
本開示の一実施形態における発光装置40は、図4に示すように、上面に配線パターン42a、42bを有する基板41と、上述した複数、例えば、3つの発光素子10と、被覆部材44とを備える。
複数の発光素子10が一列に配列される場合、発光素子10の第1方向は、発光素子10が配列する方向とは異なる方向、例えば、発光素子10が配列する方向と直交する方向に向いて、配列されることが好ましい。複数の発光素子10を比較的狭い間隔で配列した場合、発光素子10の全方位から被覆部材44を流し込むことができず、発光素子10の直下に被覆部材44を配置することが難しい。本実施形態のような配列によって、被覆部材44を発光素子10の第1方向に沿って効率よく流し込むことができる。そのため、被覆部材44を全発光素子10における全露出部13bの直下に容易に充填することができ、光の取り出し効率を向上させることができる。
この発光装置40における配線パターン42a、42bの間には中継用の配線パターンが設けられている。この中継用の配線パターンに発光素子10が実装されることで、本実施形態では3つの発光素子10が直列接続されている。また、配線パターン42a、42bの一部が被覆部材44に覆われている。
11 第1電極
12 第2電極
13 半導体積層体
13a 発光層
13b 露出部
13n 第1半導体層
13p 第2半導体層
14 絶縁膜
14a、14b 開口部
15 支持基板
16 光反射性電極
17 保護層
20、40 発光装置
21 第1外部接続部
21a、21b 延伸部
22、32a、32b 第2外部接続部
23、41 基板
24、25、42a、42b 配線パターン
26 保護素子
27、44 被覆部材
28 透光部材
Claims (9)
- 第1半導体層、発光層及び第2半導体層を順に有し、かつ前記第2半導体層側に前記第2半導体層及び前記発光層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部が、第1方向に沿って複数の列状に配置される半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、複数の前記露出部の上方に開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部にて前記露出部と接続され、かつ一部が前記絶縁膜を介して前記第2半導体層上に配置された第1電極と、
前記第2半導体層上に接続された第2電極と、
前記第1電極と接続され、平面視において、前記露出部と離間し、前記第1方向に沿って配列する前記露出部の列間に配置された複数の第1外部接続部と、
前記第2電極と接続され、平面視において、前記第1方向に沿って配列する前記露出部を繋ぐ直線上を除く領域に配置された複数の第2外部接続部とを含み、
平面視において、隣り合う前記第2外部接続部間の間隔は、前記露出部の幅よりも小さい発光素子。 - 第1半導体層、発光層及び第2半導体層を順に有し、かつ前記第2半導体層側に前記第2半導体層及び前記発光層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部が、第1方向に沿って複数の列状に配置される半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、複数の前記露出部の上方に開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部にて前記露出部と接続され、かつ一部が前記絶縁膜を介して前記第2半導体層上に配置された第1電極と、
前記第2半導体層上に接続された第2電極と、
前記第1電極と接続され、平面視において、前記露出部と離間し、前記第1方向に沿って配列する前記露出部の列間に配置された複数の第1外部接続部と、
前記第2電極と接続され、平面視において、前記第1方向に沿って配列する前記露出部を繋ぐ直線上を除く領域に配置された複数の第2外部接続部とを含み、
前記第1外部接続部は、平面視において前記第1方向に直交する第2方向に延伸する複数の延伸部を有する発光素子。 - 前記第2外部接続部は、平面視において前記第1方向に沿って配列する前記露出部を繋ぐ全ての直線上を除く領域に配置されている請求項1又は2に記載の発光素子。
- 前記第1外部接続部及び第2外部接続部は、表面にめっき層を備える請求項1~3のいずれか1項に記載の発光素子。
- 平面視において、隣り合う前記第2外部接続部間の間隔は、前記露出部の幅よりも小さい請求項2及び請求項2を引用する請求項3又は4のいずれか1項に記載の発光素子。
- 前記延伸部の一部は、平面視において、前記第1方向において隣り合う前記露出部間に位置する請求項2及び請求項2を引用する請求項3~5のいずれか1項に記載の発光素子。
- 平面視において、前記複数の第2外部接続部は前記第1方向に直交する第2方向に沿って配置されており、前記第1外部接続部は、前記複数の第2外部接続部を挟む前記半導体積層体の両側に配置されている請求項1~6のいずれか1項に記載の発光素子。
- 上面に配線パターンを有する基板と、
前記配線パターン上にフリップチップ実装される請求項1~7のいずれか1つに記載の発光素子と、
前記発光素子、前記第1外部接続部及び前記第2外部接続部並びに前記基板を被覆する光反射性物質を含む被覆部材とを備える発光装置。 - 前記発光素子が、前記第1方向に直交する第2方向に複数配列されている請求項8に記載の発光装置。
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