JP7216296B2 - 発光素子及び発光装置 - Google Patents
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Description
(1)第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間の活性層とを有し、前記第2半導体層の外周の内側において、前記第2半導体層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、前記露出部の上方に第1開口部を有し、前記第2半導体層の一部領域の上方に第2開口部を有する絶縁膜と、
前記第1開口部にて前記第1半導体層と導通し、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る第1電極と、
前記第2開口部にて前記第2半導体層と導通し、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る第2電極と、
前記第1電極上に配置される複数の第1バンプと、
前記第2電極上に配置される複数の第2バンプと、を備え、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記第2半導体層上の前記絶縁膜上において、前記第2半導体層から同じ高さに位置する第1表面及び第2表面を有し、
前記第1バンプ及び前記第2バンプは、前記第1表面及び前記第2表面にそれぞれ接続されている発光素子。
(2)上面に第1配線及び第2配線を有する基板と、
前記第1配線及び前記第2配線上に、それぞれ複数のバンプを介してフリップチップ実装される発光素子と、を備え、
前記発光素子は、
第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間の活性層とを有し、前記第2半導体層の外周の内側において、前記第2半導体層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、前記露出部の上方に第1開口部を有し、前記第2半導体層の一部領域の上方に第2開口部を有する絶縁膜と、
前記第1開口部にて前記第1半導体層と導通し、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る第1電極と、
前記第2開口部にて前記第2半導体層と導通し、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る第2電極と、を備え、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記第2半導体層上の前記絶縁膜上において、前記第2半導体層から同じ高さに位置する第1表面及び第2表面を有しており、
前記複数のバンプは、
前記基板の前記第1配線と、前記発光素子の前記第1表面とを接続する複数の第1バンプと、
前記基板の前記第2配線と、前記発光素子の前記第2表面とを接続する複数の第2バンプとを含む発光装置。
本実施形態の発光素子10は、図1A及び1Bに示すように、支持基板27と、半導体積層体23と、絶縁膜14と、第1電極11と、第2電極12と、第1バンプ31と、第2バンプ32とを備える。
半導体積層体23は、第1半導体層21と、第2半導体層22と、第1半導体層21と第2半導体層22との間の活性層24とを有し、第2半導体層22の外周の内側において、第2半導体層22から第1半導体層21が露出する複数の露出部21aを有する。
絶縁膜14は、半導体積層体23の上面(つまり第2半導体層22側の表面)を覆い、露出部21aの上方に第1開口部14aを有し、第2半導体層22の一部領域の上方に第2開口部14bを有する。
第1電極11は、第1開口部14aにて第1半導体層21と導通し、一部が絶縁膜14を介して第2半導体層22上に配置されている。第2電極12は、第2開口部14bにて第2半導体層22と導通し、一部が絶縁膜14を介して第2半導体層22上に配置されている。第1電極11及び第2電極12は、第2半導体層22上の絶縁膜14上において、第2半導体層22から同じ高さに位置する第1表面11a及び第2表面12aを有している。
第1バンプ31は、第1電極11上に複数配置されている。第2バンプ32は、第2電極12上に複数配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32は、第1表面11a及び第2表面12aにそれぞれ接続されている。
つまり、発光素子10は、第1電極11を、第1半導体層と導通する第1開口部14aから第2半導体層22の上方の絶縁膜14上まで、第2電極12を、第2半導体層と導通する第2開口部14bから第2半導体層22の上方の絶縁膜14上まで、それぞれ延在させて、第2半導体層22の上方の絶縁膜14上に高低差の無い第1表面11aと第2表面12aとを配置させている。そして、第1表面11aに第1バンプ31が、第2表面12aに第2バンプ32がそれぞれ接続されている。
また、製造工程において、高低差のない第1バンプ31と第2バンプ32とを同条件で一括して形成することができる。このため、工程を簡略化することができる。例えば、高低差のある電極上に同条件で形成されたバンプには高低差が生じるため、上述した傾きを抑えるために、バンプ高さを調整するための研磨処理等の工程が必要となるが、本実施形態ではこの工程を省略することができる。
発光素子10及び/又は半導体積層体の平面形状は、例えば、矩形状が挙げられる。また、平面形状は三角形、六角形等の多角形、これらの角に丸みを帯びた形状、円形又は楕円形等であってもよい。なお、本明細書における「矩形」とは、4つの角の角度について、90度±5度の変動が許容されることを意味し、矩形の角が面取り、丸められたもの等、これら矩形に近似する形状を包含する。また、「矩形」とは「正方形」を含む。
半導体積層体23は、第1半導体層21(例えば、n型半導体層)、活性層24及び第2半導体層22(例えば、p型半導体層)が、支持基板27上に積層されたものである。ただし、発光素子10の状態では、支持基板27が除去されたものでもよい。第2半導体層22側からの平面視において、第2半導体層22は、第1半導体層21の外周の内側に設けられていることが好ましい。つまり、第2半導体層側からの平面視において、半導体積層体23の外周には第2半導体層22と活性層24とは設けられておらず、第1半導体層21が露出していることが好ましい。さらに、第2半導体層22側からの平面視において、第2半導体層22の外縁と活性層24の外縁は略一致しており、第1半導体層の外縁と半導体積層体23の外縁は略一致していることが好ましい。
第1半導体層、活性層及び第2半導体層は、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料が挙げられ、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等を用いることができる。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。
支持基板27は、例えば、半導体層の成長基板として、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものが挙げられる。このような成長基板の材料としては、サファイア(Al2O3)、スピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板等が挙げられる。
半導体積層体23は、第2半導体層22の外周の内側において、第2半導体層22及び活性層24が膜厚方向の全てにわたって除去され、第1半導体層21が第2半導体層22及び活性層24から露出する露出部21aを複数有する。言い換えると、半導体積層体23は、第2半導体層22の上面に、第2半導体層22及び活性層24を貫通し、第1半導体層21まで達する凹部を有する。凹部は、底面と、底面を取り囲む側面により画定される。凹部の底面には、露出部21aとして、第1半導体層21が露出している。そして、凹部の側面には凹部の開口から底面に向かって、第2半導体層22、活性層24及び第1半導体層21が配置されている。
露出部の形状、大きさ、位置、数は、意図する発光素子の大きさ、形状、電極パターン等によって適宜設定することができる。例えば、複数の露出部21aはすべてが同じ形状、大きさであってもよいし、それぞれ又は一部が異なる形状、大きさであってもよい。なかでも、複数の露出部21aは、全てが同程度の大きさ及び形状であることが好ましい。露出部21aは活性層24を有さない領域であるため、同程度の大きさの複数の露出部21aを規則的に整列して配置することにより、発光面積の減少及び発光領域の偏りを抑制することができる。
複数の露出部は、第2半導体層側からの平面視において、第2半導体層の外周よりも内側において、規則的に配置されていることが好ましい。特に、半導体積層体23の上面視(つまり第2半導体層側からの平面視)の形状が矩形状である場合、露出部は、矩形の一辺に平行な第1方向に沿って規則的に配列していることが好ましい。また、第1方向に沿った列を複数有し、各列が互いに平行に配置していることがより好ましい。このように複数の露出部21aが互いに離隔し、規則的に配置されることによって、電流密度分布のムラを抑制することができる。
露出部は、第2半導体層の外周の内側に配置されるものの合計平面積が、第2半導体層の外周の内側の平面積の30%以下、25%以下、20%以下、18%以下、15%以下が好ましい。このような範囲とすることで、かつ、複数の露出部を規則的に配列させることで、発光面積の減少による発光出力の低下を抑制しつつ、電流密度分布の偏りを抑制することができる。
絶縁膜14は、半導体積層体23の第2半導体層22側の表面を被覆する。絶縁膜14は、絶縁膜から第1半導体層21が露出する第1開口部14aと、絶縁膜から第2半導体層が露出する第2開口部14bを有する。
つまり、絶縁膜14は、半導体積層体23の第2半導体層側の表面を被覆するとともに、図1Cに示すように、露出部21aの上方に第1開口部14a、第2半導体層22の一部領域の上方に第2開口部14bを有する。なお、複数の第1開口部14aのうちの一部は、半導体積層体23の外周に露出する第1半導体層21上に配置されていてもよい。
絶縁膜14が半導体積層体23を被覆し、かつ露出部21aの上方に第1開口部14aを有することにより、絶縁膜14の上面の広範囲に第1電極11を形成することができる。第1開口部14aは、露出部21aよりも小さい大きさで形成されていることが好ましく、露出部21aの形状と相似な形状及び同じ数で配置されていることがより好ましい。つまり、絶縁膜14は、露出部21aを画定する凹部の側面を被覆することが好ましく、その側面近傍の露出部21aの外周部をも被覆し、露出部21aの中央部分の直上に第1開口部14aが配置されていることがより好ましい。つまり、絶縁膜14は露出部21aを取り囲む第2半導体層22の側面及び活性層24の側面を被覆することが好ましい。これにより、第1開口部14aにおいて、第1電極11が第1半導体層21とのみ導通することができ、第2半導体層22及び活性層24との短絡を防止することができる。
第2開口部14bは、露出部21aとオーバーラップしない(つまり平面視で重なって配置されない)限り、任意の形状、大きさ、個数で配置することができる。第2開口部14bが複数配置される場合、その一部又は全部が同じ形状、大きさであってもよいし、異なる形状、大きさであってもよい。例えば、平面視において円もしくは楕円、三角形、四角形、六角形等の多角形等又はこれらが組み合わせられた形状等が挙げられる。
例えば、半導体積層体23の上面視の形状が矩形状で、第2電極が矩形の一辺に平行な第1方向に長い形状を有する場合、第2開口部14bは、第1方向に長い形状であることが好ましい。さらに、第2開口部14bは、その一部又は全部が、後述する第2電極12の第1電極11側の外縁に沿って配置されていることが好ましい。第2開口部14bには、第2バンプが配置されないため、第1電極11側に第2開口部14bを設けることで、第2電極上に配置される第2バンプと、第1電極上に配置される第1バンプとの距離を確保することができる。なお、ここでの一部とは、一つの第2開口部14bの一部分、複数の第2開口部14bのうちのいくつかのいずれでもよい。全部とは、一つの第2開口部14bの全体、複数の第2開口部14bのうちの全部のいずれでもよい。
第1開口部14aの開口面積の合計は、第2開口部14bの開口面積の合計よりも小さいことが好ましい。例えば、第1開口部14aの開口面積の合計は、第2開口部14bの開口面積の合計の5%から25%が好ましく、8%から15%がより好ましい。
上述したように、第2半導体層側からの平面視において、第2半導体層が第1半導体層の外周の内側に設けられている場合には、半導体積層体の外周に露出した第1半導体層の一部又は全部が、絶縁膜14に被覆されていてもよい。
絶縁膜14は、当該分野で公知の材料を、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。具体的には、絶縁膜14には、金属酸化物や金属窒化物を用いることができ、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を好適に用いることができる。絶縁膜14は、スパッタや蒸着等の方法で成膜することができる。
第1電極11及び第2電極12は、図1Dに示すように、半導体積層体23の上面側(つまり、支持基板とは反対側の第2半導体層22側)に配置されている。第1電極11及び第2電極12は、第1半導体層21及び第2半導体層22と、それぞれ、第1開口部14a及び第2開口部14bにて導通している。第1半導体層21と第1電極11、第2半導体層22と第2電極12とは直接接触していてもよいし、後述する光反射性電極28等の導電層を介して電気的に接続されていてもよい。第1電極11は、複数の第1開口部14aの全部又は一部を一体的に覆うことが好ましく、第1開口部14aの全部を一体的に覆うことがより好ましい。第2電極12は、第2開口部14bの全部又は一部を一体的に覆うことが好ましく、第2開口部14bの全部を一体的に覆うことがより好ましい。
また、上述したように、第2半導体層側からの平面視において、第2半導体層22が第1半導体層21の外周の内側に設けられている場合には、第1電極11は、第2半導体層22の外周の外側において絶縁膜14から露出する第1半導体層21と導通することが好ましい。
第1電極11及び第2電極12は、例えば、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti、Al、Cu等の金属又はこれらの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、これら第1電極11及び第2電極12は、半導体層側からTi/Rh/Au、Ti/Pt/Au、W/Pt/Au、Rh/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Al-Cu合金/Ti/Pt/Au、Al-Si-Cu合金/Ti/Pt/Au、Ti/Rh等の積層膜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、同じ材料によって形成されていなくてもよいが、製造工程の簡略化の観点から、同じ材料で形成されていることが好ましい。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚に適宜設定することができる。この場合、第1電極11と第2電極12とは、同じ膜厚でなくてもよいが、同じ膜厚であることが好ましい。特に、第1電極11及び第2電極12は、いずれも、絶縁膜14を介して第2半導体層22上の配置される領域を有するため、少なくともこのような領域においては、第2半導体層22から同じ高さに位置する第1表面11a及び第2表面12aを有するように、第1電極11と第2電極12との膜厚を設定することが好ましい。あるいは、後述するように、第2半導体層22の上に、光反射性電極28、さらに保護層29を配置する場合には、これらが配置した領域及びこれらの膜厚等を考慮して、第1表面11a及び第2表面12aが、第2半導体層22から同じ高さに位置するように、第1電極11及び第2電極12を形成することが好ましい。第1表面11a及び第2表面12aは、いずれも、後述する第1バンプ及び第2バンプを形成する領域であるため、発光素子に印加する電圧値等を考慮して、適宜その大きさ、形状、配置等を設定することが好ましい。例えば、第1表面11a及び第2表面12aは、露出部21aが配置されていない領域に配置することが好ましい。
第1電極11及び第2電極12の形状は、それぞれ適宜設定することができる。例えば、第1電極11及び第2電極12を合わせた平面形状が、半導体積層体23とほぼ同様の平面形状となる形状とすることが好ましい。例えば、第1電極11及び第2電極12は、平面視、矩形状の半導体積層体23において、矩形の一辺に平行な第1方向に並行して配置されていてもよいし、第1電極11が第2電極12を挟む又は第2電極12が第1電極11を挟むように配置されていてもよい。
第1バンプ31は、第1電極11上に複数配置されている。第2バンプ32は、第2電極12上に複数配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32は、いずれも、上述した第1表面11a及び第2表面12a上に配置され、それぞれ、第1電極11及び第2電極12と接続されている。
第1バンプ31及び第2バンプ32は、厚みが同じであることが好ましい。これにより、後述する基板上の配線に、発光素子をフリップ実装する際に、バンプの接合強度を同程度にすることができる。また、発光素子の傾きを回避することができるため、基板に対する光軸の調整が容易となる。
発光素子10は、第2電極12と第2半導体層22との間に介在する光反射性電極28を有していてもよい。光反射性電極28は、図1A及び図1Bに示すように、第2半導体層22の上面を被覆する。
光反射性電極28は、例えば、図1A及び図1Eに示すように、複数の露出部21aそれぞれの上方に孔部28aを有している。孔部28aは、光反射性電極28が露出部21aを被覆しないように、露出部21aに対応する位置に設けられた貫通孔である。孔部28aは、平面視で、露出部21aと同じ大きさ及び形状であるか、露出部21aを取り囲むように、露出部21aよりも若干大きいことが好ましい。光反射性電極28は、第2電極12及び第2半導体層22と導通されるため、露出部21aを含む第1半導体層21とは接触しないように配置される。
光反射性電極28は、導電性と光反射性を有する金属材料を用いることができる。例えば、Ag、Al、Ti、Pt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る。なかでも、活性層から発せられる光に対して高い光反射性を有するAg又はAg合金がより好ましい。光反射性電極28は、活性層から出射される光を効果的に反射することができる厚みを有することが好ましく、例えば、20nmから1μm程度が挙げられる。光反射性電極と第2半導体層との接触面積は大きいほど好ましく、このため、光反射性電極28は、上方に第1電極11が配置される第2半導体層22上にも配置されることが好ましい。具体的には、光反射性電極28の総平面積は、半導体積層体の平面積の50%以上、60%以上、70%以上が挙げられる。
具体的には、光反射性電極28は、第2半導体層22の外周における端部および露出部21aを画定する凹部の開口端部から離隔して、第2半導体層22を被覆する。保護層29は、第2半導体層22の外周における端部および露出部21aを画定する凹部の開口端部を含む、第2半導体層22の上面の全てを被覆する。これにより、保護層29が光反射性電極28の側面を含む表面の全てを被覆することができる。
保護層29としては、通常、電極材料として用いられている金属及び合金等の導電性部材によって形成してもよいし、絶縁性部材を用いても形成してもよい。導電性部材としては、Al、Cu、Ni等の金属を含有する単層膜又は積層膜が挙げられる。絶縁性部材としては、上述した絶縁膜14と同様の材料が挙げられるが、なかでもSiNを用いることが好ましい。SiNは膜が緻密なため、水分の侵入を抑制する材料として優れている。保護層29の厚みは、効果的に銀のマイグレーションを防止するために、数百nmから数μm程度が挙げられる。
保護層29を絶縁性部材で形成する場合、保護層29は、光反射性電極28の上方であって、絶縁膜14の第2開口部14bに対応する位置に保護層29を貫通する開口を有することが好ましい。これにより、第2開口部にて、光反射性電極28を介して、第2半導体層22と第2電極12とを電気的に接続することができる。この際、保護層29から露出する光反射性電極28は露出する表面全てが第2電極12で被覆されることが好ましい。
光反射性電極及び保護層は、スパッタや蒸着等の方法で成膜することができる。
本実施形態の発光装置30は、図7A及び7Bに示すように、基板33と、発光素子44と、複数のバンプ45とを備える。バンプ45は、第1バンプと第2バンプとを備える。発光素子44は、複数の第1バンプ及び第2バンプを介して基板33上にフリップチップ実装されている。
ここでの発光素子44及び複数のバンプ45は、上述した又は後述する発光素子10、10A~10E等であってもよい。また、複数のバンプ45は、発光素子とは別個に基板33上に配置されたバンプでもよい。この場合、発光素子は、上述した又は後述する発光素子10、10A~10E等において第1バンプ及び第2バンプを備えない以外は、同一の構成を有するものが好ましい。複数のバンプ45は、発光素子に配置された、上述した第1バンプ及び第2バンプと同様の構成を有することができる。つまり、基板33上に配置されたバンプ45は、上述したように、発光素子の第2半導体層上の絶縁膜上において、第2半導体層から同じ高さに位置する第1電極の第1表面及び第2電極の第2表面に接続されている。
この発光装置30は、さらに被覆部材34を備えていてもよい。また、発光素子44の上には、透光部材35が配置されていることが好ましい。
基板33は、上面に第1配線41及び第2配線42を有する。
基板33の材料としては、例えば、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス等の絶縁性部材、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、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。
第1配線41及び第2配線42は、発光素子に電流を供給し得るものであればよく、当該分野で通常使用されている材料、厚み、形状等で形成されている。具体的には、第1配線41及び第2配線42は、例えば、Cu、Al、Au、Ag、Pt、Ti、W、Pd、Fe、Ni等の金属又はこれらを含む合金等によって形成することができる。基板33の上面に形成される第1配線41及び第2配線42は、発光素子10からの光を効率よく取り出すために、その最表面が銀又は金等の反射率の高い材料で覆われていることが好ましい。第1配線41及び第2配線42は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。例えば、バンプ45としてAuバンプを用いる場合、第1配線41及び第2配線42の最表面にAuを用いることで、発光素子と基板との接合性が向上できる。
被覆部材34は、図7Bに示すように、発光素子44、第1バンプ及び第2バンプを含むバンプ45及び基板33上面の一部又は全部を被覆する絶縁性の部材である。なかでも、被覆部材34は、基板33の上面において、発光素子44の側面、発光素子44と基板33との間、バンプ45の側面の全てを被覆していることが好ましい。
被覆部材34は、例えば光反射性、透光性、遮光性等を有する材料を用いて形成することができる。例えば、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、フェノール樹脂、フッ素樹脂の1種以上を含む樹脂又はハイブリッド樹脂が挙げられる。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、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト等が挙げられる。
被覆部材34は、例えば、射出成形、ポッティング、印刷、トランスファーモールド、圧縮成形等で成形することができる。
発光装置30は、発光素子10の上に透光部材35を有する。発光素子10は第1電極及び第2電極を有する面を下面として、第1配線41及び第2配線42上にフリップチップ実装される。発光素子10は、下面と反対側の上面を主な光取り出し面として、この上面と透光部材35の下面とが接合される。
透光部材35は、発光素子の光取り出し面を被覆し、発光素子から出射される光及び/又は発光素子からの光が波長変換された光(例えば波長320nmから850nm)の60%以上、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35は、光拡散材又は発光素子44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等を含有してもよい。
透光部材35は、例えば、樹脂、ガラス、無機物等により形成することができる。また、蛍光体を含有する透光部材は、例えば蛍光体の焼結体や、樹脂、ガラス又は他の無機物に蛍光体を含有させたもの等が挙げられる。また、平板状の樹脂、ガラス、無機物等の成形体の表面に蛍光体及び/又は拡散材を含有する樹脂層を形成したものでもよい。透光部材は、透明度が高いほど、被覆部材との界面において光を反射させやすいため、発光装置の輝度を向上させることが可能となる。
発光装置30が、透光部材35を有する場合、透光部材35の側面の一部又は全部が被覆部材34で被覆されていることが好ましい。
実施形態1の発光素子10は、図1A及び1Bに示したように、平面視形状が略正方形状である。例えば、一辺が1.0mmの発光素子10とすることができる。
この発光素子10は、半導体積層体23と、絶縁膜14と、第1電極11及び第2電極12と、第1バンプ31及び第2バンプ32とを備える。
半導体積層体23は、第1半導体層21と、第2半導体層22と、第1半導体層21と第2半導体層22との間の活性層24とを有する。また、第2半導体層22の外周の内側において、第2半導体層22から第1半導体層21が露出する複数の露出部21aを有する。第2半導体層22の外周において、第1半導体層21が露出している。
発光素子10の平面視において、露出部21aは、例えば、略円形であり、第1方向に長い形状の第2電極12を挟んで両側にそれぞれ複数が略等間隔で配置されている。
図1Aから図1Cに示すように、絶縁膜14は、絶縁膜14を貫通する第1開口部14aと第2開口部14bを有する。絶縁膜14は、露出部21aの上方に第1開口部14aを有し、第2半導体層22の一部領域の上方に第2開口部14bを有する以外は、半導体積層体23の表面の略全面を被覆する。第2開口部14bは、第2電極12の第1電極11と対向する外縁に沿って配置されている。例えば、第1開口部14aの合計開口面積は4800μm2であり、第2開口部14bの合計開口面積は50900μm2であり、第1開口部の合計開口面積は、第2開口部の合計開口面積よりも小さい。
第1開口部14aは、孔部28a及び露出部21aとオーバーラップするように配置されている。つまり、孔部28aにて、光反射性電極28から露出部(つまり第1半導体層)が露出している。そして、第2半導体層22上において、この光反射性電極28の上面、外周側面及び孔部28a確定する内側面を含む表面の全部を被覆するように、SiNからなる保護層29が配置されている。
発光素子10は、平面視において、図1Fに示すように、略円形の露出部21aを内包するように、略円形の孔部28a(つまり、孔部28aを画定する光反射性電極28の内周)が配置されている。そして、略円形の第1開口部14a(つまり第1開口部14aを画定する絶縁膜14の内周)を内包するように、露出部21aが配置されている。
第2開口部14bは、第2半導体層22の一部領域の上方として、第2半導体層22を覆う光反射性電極28の上方に配置されている。
第1電極11及び第2電極12は、Auによって形成されている。図1A及び図1Dに示すように、第2半導体層側からの平面視において、第1電極11は、第2電極12を挟むように、その両側に配置されている。具体的には、第1電極11は、第1方向に長い形状の第2電極12を囲むように配置されている。言い換えると、第2電極12の両側の第1電極11は、第2電極12の第1方向の両端部において連続している。第1電極11は、それぞれ、第1開口部14aにて第1半導体層と導通し、一部が絶縁膜14を介して第2半導体層22上に配置されている。第1電極11は、複数の露出部を一体的に覆っている。第2電極12は、第2開口部14bにて第2半導体層22と導通し、一部が絶縁膜14を介して第2半導体層22上に配置されるように配置されている。第2電極は、2つの第2開口部14bを一体的に覆っている。第1電極11及び第2電極12は、それぞれ、第2半導体層22上の絶縁膜14上において、それぞれ膜厚約1μmである。第1電極11及び第2電極12は、第2半導体層22の表面からの距離(図1B中、H1及びH2)が同じである、第1表面11a及び第2表面12aを有する。
第2開口部14bは、細長い形状の第2電極の長手方向に沿って、第2バンプを挟むように2つ配置されている。第2開口部14bは、略円形状の第2バンプ32に対応するように、第2バンプ側の外縁の一部が略円弧状に凹んだ形状を有する。これにより、第2表面に第2バンプを容易に配置することができる。
このような構成を有することにより、発光素子の表面において、第1バンプ及び第2バンプの各表面が同一平面に位置することとなり、発光素子を、バンプを用いて基板にフリップチップ実装する場合に、極性の異なる電極に接続されるバンプの高さを同等とすることができるために、安定したフリップチップ実装することができる。また、第1バンプ及び第2バンプが規則的に配列されているために、実装時の負荷の偏りが抑制され、よりフリップチップ実装を安定させることができる。
実施形態2の発光素子10Aは、図2Aに示すように、絶縁膜114が、第1開口部114aを、第2半導体層の外周の外側にも有する点で上述した発光素子10と異なる。発光素子10Aにおいて、第2半導体層22の外周の外側に位置する第1開口部114aは、第2半導体層22の外周に沿って一定の間隔を隔てて規則的に配置されている。例えば、隣接する第1開口部114aの間隔は100μmから300μmとすることが好ましい。
なお、実施形態2の発光素子10Aは、第1開口部114aの平面視形状を、第2半導体層22の外周の内側と外側においてそれぞれ同じ略円形状としている。そして、略円形状の第1開口部を外周の外側に配置するために、第2半導体層22は、平面視で、外周の一部が、円弧状に切り欠かれたような形状の外縁凹部を有する。この外縁凹部に対応する位置に、略円形状の第1開口部114aが配置されている。これにより、第2半導体層22の外周の外側においても第1電極11と第1半導体層21との導通を確保することができるとともに、第2半導体層22の面積の減少を抑制することができる。
この発光素子10Aにおいても、第1電極11及び第2電極12は、それぞれ、第2半導体層22上の絶縁膜14上において、第2半導体層22の表面からの距離が同じである、第1表面11a及び第2表面12aを有する。
そして、第1バンプ31は、第2電極12の両側の第1電極11の第1表面11a上において、露出部21aと平面視でオーバーラップしないように、露出部21a間に、6×2個、等間隔でそれぞれ配置されている。第2バンプ32は、第2電極12の第2表面12a上であって、第2開口部214bと平面視でオーバーラップしない位置に、6個、等間隔で配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32が同じ材料で、同じ厚みを有する。
上述した構成以外の構成は、実質的に実施形態1の発光素子10と同様である。従って、同様の効果を有する。
また、このような第1半導体層21及び第1開口部114aの配置とすることにより、第2半導体層22及び活性層24の面積を確保しながら、発光時の電流密度分布のばらつきを抑制することができる。
実施形態3の発光素子10Bは、図3A、3Cに示すように、平面視矩形状の半導体積層体23において、第1電極311が矩形の対向する二辺の一方側に、第2電極312が他方側に偏って配置されている。第1電極311は、発光素子10Bの中央部分で、第1電極311の第2電極312と対向する外縁が第2電極312側に突き出したような形状の凸領域を有する。この第1電極311の凸領域に対応するように、第2電極312は、第1電極311の凸領域と対向する側の外縁が凹んでいる。
露出部321aは、第1電極311と重なるように、さらに少なくとも一部が第1電極311の凸領域と重なるように、中央部分に3×3個配置されている。露出部321aの平面形状は略円形状である。
露出部321aの配置に対応して、絶縁膜314における第1開口部314aは、図3Bに示すように、発光素子10Bの中央に配置されている。そして、中央の第1開口部314aを挟むように、やや大きめの矩形状の第2開口部314bが2つ配置されている。さらに、第2電極312が配置されている他方側の外縁に沿って、第1開口部314aよりもやや大きい平面形状が略円形の第2開口部314bbが1列に5個配置されている。例えば、第1開口部314aの合計開口面積は9200μm2であり、第2開口部314bの合計開口面積は68400μm2であり、第1開口部の合計開口面積は、第2開口部の合計開口面積よりも小さい。
光反射性電極328は、第2半導体層22の端部(露出部321aを画定する凹部の開口端部を含む)から離隔して、第2半導体層22上の略全面に配置されている。光反射性電極328は、露出部321aの上方に配置される孔部328aを備える。従って、第2開口部314b、314bbは、第2半導体層22の一部領域の上方、つまり、光反射性電極328の一部領域の上方に配置されている。第2開口部314bにて、第2電極312は、光反射性電極328を介して第2半導体層22と導通される。
そして、第1バンプ31は、第1電極311の第1表面上において、露出部321a及び第1開口部314aと平面視でオーバーラップしない位置に、6×3個、等間隔でそれぞれ配置されている。第2バンプ32は、第2電極312の第2表面上であって、第2開口部314bと平面視でオーバーラップしない位置に6×2個、等間隔で配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32は同じ材料で、同じ厚みを有する。
上述した構成以外の構成は、実質的に実施形態1の発光素子10と同様である。従って、同様の効果を有する。
また、このような第1電極及び第2電極の配置によって、第1バンプと第2バンプが発光素子の一方と他方に偏って配置されるが、第1表面11aと第2表面12aとに接続される第1バンプ31と第2バンプ32の表面高さが同程度であるため、実装時の傾きを抑制することができる。
実施形態4の発光素子10Cは、図4A、4Cに示すように、平面視矩形状の半導体積層体23において、第1電極411及び第2電極412が、矩形の対向する二辺の一方側と他方側とに偏って配置されている。第1電極411は、発光素子10Cの中央部分で、第1電極411の第2電極412と対向する外縁が第2電極412側に突き出したような形状の凸領域を有する。この第1電極411の凸領域に対応するように、第2電極412は、第1電極411の凸領域と対向する側の外縁が凹んでいる。
露出部421aは、第1電極411と重なるように、さらに少なくとも一部が第1電極411の凸領域と重なるように、中央部分に5個配置されている。露出部421aの平面形状は略円形状である。
この発光素子10Cにおいても、第1電極411及び第2電極412は、それぞれ、第2半導体層22上の絶縁膜414上において、第2半導体層22の表面からの距離が同じである、第1表面及び第2表面を有する。
そして、第1バンプ31は、第1電極411の第1表面上において、露出部421a及び第1開口部414aと平面視でオーバーラップしない位置に、6×1個と7×2個、ほぼ等間隔でそれぞれ配置されている。第2バンプ32は、第2電極412の第2表面上であって、第2開口部414bと平面視でオーバーラップしない位置に7×2個と6×1個、ほぼ等間隔で配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32が同じ材料で、同じ厚みを有する。
上述した構成以外の構成は、実質的に発光素子10及び10Bと同様である。従って、同様の効果を有する。
実施形態5の発光素子10Dは、図5A、5Cに示すように、平面視において、半導体積層体23の両端において第1方向に細長い形状の第2電極512が配置されており、第2電極512に挟まれる位置に第1電極511が配置されている。言い換えると、第2半導体層22側からの平面視において、第2電極512は、第1電極511を挟んで配置されている。第1電極511は、両端の第2電極512を取り囲んで配置されている。
露出部521aは、第1電極511と重なるように、平面視で第1方向と垂直な方向において中央に5×4個配置されている。露出部521aの平面形状は略円形状である。露出部521aの間隔は略同じである。
露出部521aの配置に対応して、絶縁膜514における第1開口部514aは、図5Bに示すように、平面視で露出部521aと重なるように配置されている。また、第1開口部514aを挟むように、それらの両側に、前記第2電極の外縁に沿って細長い形状を有する第2開口部514bが2つ配置されている。第2開口部514bは、第2電極512の第1電極511と対向する外縁に沿って配置されている。例えば、第1開口部514aの合計開口面積は2700μm2であり、第2開口部514bの合計開口面積は36600μm2であり、第1開口部の合計開口面積は、第2開口部の合計開口面積よりも小さい。第1電極511は、複数の露出部521a及び第1開口部514aを一体的に覆っている。両端の第2電極512は、2つの第2開口部514bをそれぞれ覆っている。
この発光素子10Dにおいても、第1電極511及び第2電極512は、それぞれ、第2半導体層22上の絶縁膜514上において、第2半導体層22の表面からの距離が同じである、第1表面及び第2表面を有する。
そして、第1バンプ31は、第1電極511の第1表面上において、露出部521a及び第1開口部514aと平面視でオーバーラップしない位置であって、露出部521a間に、6×3個、等間隔でそれぞれ配置されている。第2バンプ32は、第2電極512の第2表面上であって、第2開口部514bと平面視でオーバーラップしない位置に一列に6個、第1バンプ31の両側にそれぞれ、等間隔で配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32が同じ材料で、同じ厚みを有する。
上述した構成以外の構成は、実質的に実施形態1の発光素子10と同様である。従って、同様の効果を有する。
実施形態6の発光素子10Eは、上述した発光素子10Dが、半導体積層体23の両側に配置されている第2電極を備えるのに対し、図6A及び6Cに示すように、第2電極が片側にのみ配置されている。言い換えると、第2半導体層側からの平面視において、第1電極611が一方側に、第2電極612が他方側に配置されている以外は、実質的に、発光素子10Dと同様である。
この発光素子10Eにおいても、第1電極611及び第2電極612は、それぞれ、第2半導体層22上の絶縁膜614上において、第2半導体層22の表面からの距離が同じである、第1表面及び第2表面を有する。
そして、第1バンプ31は、第1電極611の第1表面上において、露出部621a及び第1開口部614aと平面視でオーバーラップしない位置であって、露出部621a間に、6×3個、第2電極612が配置しない端部に一列に等間隔で6個配置されている。第2バンプ32は、第2電極612の第2表面上であって、第2開口部614bと平面視でオーバーラップしない位置に一列に6個、等間隔で配置されている。第1バンプ31及び第2バンプ32が同じ材料で、同じ厚みを有する。
上述した構成以外の構成は、実質的に実施形態1の発光素子10と同様である。従って、同様の効果を有する。
11、311、411、511、611 第1電極
11a 第1表面
12、312、412、512、612 第2電極
12a 第2表面
14、114、314、414、514、614 絶縁膜
14a、114a、314a、414a、514a、614a 第1開口部
14b、314b、314bb、414b、414bb、514b、614b 第2開口部
21 第1半導体層
21a、21aa、321a、421a、521a、621a 露出部
22 第2半導体層
23 半導体積層体
24 活性層
27 支持基板
28、128、328、428、528 光反射性電極
28a、128a、328a、428a、528a 孔部
29 保護層
30 発光装置
31 第1バンプ
31a 上面
32 第2バンプ
32a 上面
34 被覆部材
35 透光部材
36 保護素子
41 第1配線
42 第2配線
33 基板
45 バンプ
Claims (12)
- 第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間の活性層とを有し、前記第2半導体層の外周の内側において、前記第2半導体層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、前記露出部の上方に第1開口部を有し、前記第2半導体層の一部領域の上方に第2開口部を有する絶縁膜と、
前記第1開口部にて前記第1半導体層と導通し、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る第1電極と、
前記第2開口部にて前記第2半導体層と導通し、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る第2電極と、
前記第1電極上に配置される複数の第1バンプと、
前記第2電極上に配置される複数の第2バンプと、を備え、
前記半導体積層体は、上面視、矩形状であり、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記第2半導体層上の前記絶縁膜上において、前記第2半導体層から同じ高さに位置する第1表面及び第2表面を有し、
前記第2電極は、前記矩形の一辺に平行な第1方向に長い形状であり、
前記第2開口部は、前記第2電極の外縁に沿って前記第1方向に長い形状を有し、前記第1方向に沿って、前記第2バンプを挟むように配置されており、
前記第1バンプ及び前記第2バンプは、前記第1表面及び前記第2表面にそれぞれ接続されている発光素子。 - 前記第1バンプと前記第2バンプとの厚みが同じである請求項1に記載の発光素子。
- 前記第2半導体層側からの平面視において、前記第2半導体層は、前記第1半導体層の外周の内側に設けられており、
前記第1電極は、前記第2半導体層の外周の外側において、前記絶縁膜から露出する前記第1半導体層と導通する請求項1または2に記載の発光素子。 - 前記第2半導体層側からの平面視において、前記第1電極は、前記第2電極を挟んで配置されている請求項1から3のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第2半導体層側からの平面視において、前記第1電極が一方側に、前記第2電極が他方側に配置されている請求項1から3のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第2半導体層側からの平面視において、前記第2電極は、前記第1電極を挟んで配置されている請求項1から3のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第1開口部の開口面積は、前記第2開口部の開口面積よりも小さい請求項1から6のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第2開口部は、前記第2電極の前記第1電極と対向する外縁に沿って配置される請求項1から7のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記第1電極は、前記複数の露出部を一体的に覆う請求項1から8のいずれか一項に記載の発光素子。
- 前記絶縁膜は前記第2開口部を複数備え、
前記第2電極は、前記第2半導体層上に配置された複数の前記第2開口部を一体的に覆う請求項1から9のいずれか一項に記載の発光素子。 - 前記第2電極は、光反射性電極を介して前記第2半導体層に接続されている請求項1から10のいずれか一項に記載の発光素子。
- 上面に第1配線及び第2配線を有する基板と、
前記第1配線及び前記第2配線上に、それぞれ複数のバンプを介してフリップチップ実装される発光素子と、を備え、
前記発光素子は、
第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間の活性層とを有し、前記第2半導体層の外周の内側において、前記第2半導体層から前記第1半導体層が露出する複数の露出部を有し、上面視、矩形状である半導体積層体と、
前記半導体積層体を覆い、前記露出部の上方に第1開口部を有し、前記第2半導体層の一部領域の上方に第2開口部を有する絶縁膜と、
前記第1開口部にて前記第1半導体層と導通し、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る第1電極と、
前記第2開口部にて前記第2半導体層と導通し、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、前記矩形の一辺に平行な第1方向に長い形状である第2電極と、を備え、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記第2半導体層上の前記絶縁膜上において、前記第2半導体層から同じ高さに位置する第1表面及び第2表面を有しており、
前記複数のバンプは、
前記基板の前記第1配線と、前記発光素子の前記第1表面とを接続する複数の第1バンプと、
前記基板の前記第2配線と、前記発光素子の前記第2表面とを接続する複数の第2バンプとを含み、
前記第2開口部は、前記第2電極の外縁に沿って前記第1方向に長い形状を有し、前記第1方向に沿って、前記第2バンプを挟むように配置されている発光装置。
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