JP2011114154A - 発光素子及びそれを用いた発光装置の製造方法 - Google Patents

発光素子及びそれを用いた発光装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 発光面積を大きく確保しつつ、実装基板に容易に実装可能な発光素子及びそれを用いた発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 発光素子は、第1導電型半導体層と、第1導電型半導体層に設けられた第2導電型半導体層と、第2導電型半導体層が部分的に除去された領域において第1導電型半導体層に設けられた第1電極と、第1電極と同一面となる側において第2導電型半導体層に設けられ薄膜部及び厚膜部を有する第2電極と、第1電極に接続され第2電極の薄膜部と絶縁部を介して部分的に対向した第第1導電部と、第2電極の厚膜部と接続された第2導電部と、を有し、第1導電部及び第2導電部と実装基板とが対向するように実装可能であることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、実装基板への実装に適した発光素子及びそれを用いた発光装置の製造方法に関する。
従来、同一面側にn電極及びp電極を有する発光素子を実装基板に実装することが知られている。例えば、特許文献1及び特許文献2には、バンプを用いてサブマウントに発光素子を実装することが記載されている。
特開2006−5369 特開2008−66557
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の構成では、実装基板(特許文献1及び特許文献2のサブマウントに相当する)に発光素子を実装する際には、正確な位置合わせが必要となる。
すなわち一般に、同一面側に電極を有する発光素子においては、発光面積を大きく取るために、電極形成面側からみて、n電極とp電極との距離が短くなるように設定されており、実装基板の導電部もそれに対応した位置関係となっている。ここで、発光素子を実装基板に実装する精度が低くなると、例えば発光素子のn電極が実装基板の本来発光素子のp電極と接続されるべき導電部と接触してしまい、ショートしてしまうという問題があった。
そこで本発明は、発光面積を大きく確保しつつ、実装基板に容易に実装可能な発光素子及びそれを用いた発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
発光素子は、第1導電型半導体層と、第1導電型半導体層に設けられた第2導電型半導体層と、第2導電型半導体層が部分的に除去された領域において第1導電型半導体層に設けられた第1電極と、第1電極と同一面となる側において第2導電型半導体層に設けられ薄膜部及び厚膜部を有する第2電極と、第1電極に接続され第2電極の薄膜部と絶縁部を介して部分的に対向した第第1導電部と、第2電極の厚膜部と接続された第2導電部と、を有し、第1導電部及び第2導電部と実装基板とが対向するように実装可能であることを特徴とする。
第2電極の厚膜部は、少なくとも発光素子の縁部に連続して設けられていることが好ましい。
第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層を有する半導体積層部を、実装基板に実装してなる発光装置の製造方法において、第2導電型半導体層が部分的に除去された領域において第1導電型半導体層に第1電極を形成する工程と、第1電極と同一面となる側において第2導電型半導体層に薄膜部及び厚膜部を有する第2電極を形成する工程と、第2電極の薄膜部と絶縁部を介して部分的に対向し第1電極と電気的に接続された第1導電部を形成する工程と、第2電極の厚膜部において第2電極と電気的に接続された第2導電部を形成する工程と、導電性を有する第3導電部及び第4導電部を有する実装基板を準備する工程と、第3導電部が絶縁部を介して第2電極の薄膜部と対向するように実装基板に半導体積層部を実装し第1導電部と第3導電部とを電気的に接続させ第2導電部と第4導電部とを電気的に接続させる工程と、を有することを特徴とする。
実装基板は、半導体積層部と対向する側に、第1導電部と第2導電部との間の距離よりも幅が小さく互いに離間した複数の第5導電部を有しており、第5導電部を介して、第1導電部と第3導電部が接続され第2導電部と第4導電部とが接続されていることが好ましい。
第2電極の厚膜部は、少なくとも発光素子の縁部に連続して形成されることが好ましい。
本発明によれば、発光素子の発光面積を大きく確保した、実装基板に容易に実装可能な発光素子とすることができる。さらに、発光素子の発光面積を大きく確保したままで、発光素子を実装基板に容易に実装することができる発光装置の製造方法とすることができる。
実施の形態1に係る発光素子の断面図である。 図1の発光素子を導電部側からみた図である。 図1の発光素子を電極形成面側からみた図である。 実施の形態2の発光装置を示す図である。 図4の発光装置を実装基板側からみた図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、特に記載しない限り本発明を以下に限定するものではない。
(実施の形態1)
図1に、本発明の発光素子の断面図(図2のX−Xにおける断面図)を示す。本発明の発光素子は、第1導電型半導体層1と、第1導電型半導体層1上に設けられた第2導電型半導体層3と、を有する(図1では更に活性層2を備えるが、本発明において活性層2は必ずしも必要ない。)。ここで、第2導電型半導体層3が部分的に除去された領域において、第1導電型半導体層1には第1電極4が設けられており、第1電極4と同一面となる側において、第2導電型半導体層2には第2電極5が設けられている。第2電極5は、薄膜部5a及び厚膜部5bを備える(薄膜部5a及び厚膜部5bは一体に形成されて第2電極5を構成している。)。さらに、第1電極4には絶縁部6aを介して第2電極の薄膜部5aと部分的に対向した第1導電部7が接続されており、第2電極の厚膜部5bには第2導電部8が接続されている。つまり、第1導電部7の一部が第2電極の薄膜部5a方向に延伸して一部が重なっており、両者は絶縁部6aにより絶縁されている。そして、第1導電部及び第2導電部と、実装基板(図1には示されていない)と、が対向するように実装基板に実装可能となるように、第1導電部7と第2導電部8が同一面側に存在している。
これにより、発光面積(ここでは活性層2の面積がそれに相当する)を比較的大きく確保した、実装基板に容易に実装可能な(高い実装精度を必要としない)発光素子とすることができる。つまり、第2電極5の直下の活性層が主に発光するため、発光面積を大きく取るためには第2電極5を大きく取る必要がある。そうすると第1電極4と第2電極5との距離は必然的に近くなってしまうが、その近い距離のまま実装基板に実装するのは容易ではない。そこで、絶縁部6aを介して第2電極の薄膜部5aと第1導電部7とが部分的に対向するようにすることで実装基板の導電部間を大きくすることができるので、発光効率を確保(発光面積の確保)した、実装基板へ容易に実装可能な発光素子とすることができる。
図2は、図1の発光素子を電極配置面側(第1導電部7及び第2導電部8が配置された面側)からみた図である(図1の発光素子を上から見た図に相当する)。最表面には、第1導電部7と第2導電部8が存在し、実装基板への実装が容易となるように両者の表面は略同一の面上に位置している。本実施の形態において、第1導電部7と第2導電部の間には何も存在しておらず、その下に存在する絶縁部6aが露出している(図1参照)。第1導電部7は絶縁部6aから露出した第1電極4の露出部4aと電気的に接続されており(4は第1電極の最外縁を示す)、第2導電部8は第2電極の厚膜部5aと電気的に接続されている。
ここでは、第2電極の厚膜部5bは、少なくとも発光素子の縁部に連続して設けられている。つまり、発光素子の周囲を取り囲むように第2電極の厚膜部5bが存在し、第2導電部8は少なくとも発光素子周囲の領域を含む厚膜部5bで第2電極5と接続されている。これにより、電流がより均等に広がるので、大きな発光面積を効果的に利用することができる。
理解を容易にするため、図3に、図2から第1導電部7及び第2導電部8を除いた図を示す。図3における点線は第1電極4の最外縁を表し、4aは絶縁部6aの一部から第1電極4が露出した領域を示す。第2電極5は、絶縁部6aの直下の領域では薄膜の薄膜部5aとなっており、それ以外の領域においては厚膜の厚膜部5bとなっている。さらに第2電極5を取り囲むように絶縁膜6bが存在する(絶縁膜6aとは異なる)
本実施の形態では第1電極4を一直線上の形状としたが、本発明はそれに限定されず、例えば、H型等種々の形状の第1電極とすることもできる。
各層1〜3の材料は特に限定されるものではないが、例えばGaN系半導体(InAlGa1−X−YN(0≦X<1、0≦Y<1、0≦X+Y<1))を用いることができる。この場合、第1導電型導電層1にn型GaN系半導体、第2導電型半導体層3としてp型GaN系半導体層とすることができる。第1電極4及び第2電極5の材料は特に限定されるものではないが、例えば、Ti、Ni、Rh、Ag、Pt、Auなどの部材の少なくとも1つを用いることができる。特に、各電極で光が効率よく反射するように、半導体層側には反射率の高いAgやRhを用いることが好ましい。絶縁部6は例えば二酸化珪素などを用いることができる。第1導電部7、第2導電部8には、例えば所謂メタライズを利用することができ、例えば、Ti、Pt、Au、Snなどの部材の少なくとも1つを用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態の発光装置の断面図(図5におけるX−Xの断面図)を図4に示す。本実施の形態において第1導電型半導体層1から第2導電部8までは実施の形態1の発光素子の構造と同様であり、実装基板9から第5導電部15までが異なる(位置関係については実施の形態1の発光素子と逆になっている。)。以下、本発明の発光装置の製造方法について説明する。
本実施の形態は、第1導電型半導体層1及び第2導電型半導体層3を有する半導体積層部を、実装基板9に実装してなる発光装置の製造方法であり、次の工程A〜Fを有する。
工程A:第2導電型半導体層2が部分的に除去された領域において、第1導電型半導体層1に第1電極4を形成する工程
工程B:第1電極4と同一面となる側において、第2導電型半導体層3に、薄膜部及び厚膜部を有する第2電極5を形成する工程
工程C:第2電極の薄膜部5aと絶縁部6を介して部分的に対向し、第1電極4と電気的に接続された第1導電部7を形成する工程
工程D:第2電極の厚膜部5bにおいて、第2電極と電気的に接続された第2導電部8を形成する工程
工程E:導電性を有する第3導電部10及び第4導電部11を有する実装基板9を準備する工程
工程F:第3導電部10が絶縁部6を介して第2電極の薄膜部5aと対向するように、実装基板9に半導体積層部を実装し、第1導電部4と第3導電部10とを電気的に接続させ、第2導電部5と第4導電部11とを電気的に接続させる工程
これにより、第1電極4と第3導電部10とずらせて実装することができるので、第3導電部10と第4導電部との距離を、第1電極4と第2電極5との距離よりも大きく取ることができる。したがって、発光効率を高く保ったままで(発光面積を大きく確保したままで)、半導体積層部1〜3と実装基板9とを比較的容易に実装することができる。
なお、ウエアにおいて上記A〜Fの工程を行った場合は、その後に個々の発光装置を切り出す工程を伴う。この際、予めウエハの状態において半導体積層部の表面(実装基板9と反対側となる発光装置の表面)に蛍光体を形成しておけば、蛍光体を有する発光装置を一度に多数得ることができるので好ましい。蛍光体を有する発光素子としては、例えば半導体積層部からの青色光と蛍光体からの黄色光とで白色発光が可能なものを用いることができる。
実装基板9は、半導体積層部1〜3と対向する側に、第1導電部7と第2導電部8との間の距離(両者間の最小距離)よりも幅(最大幅)が小さく、互いに離間した複数の第5導電部12を有することが好ましい。ここで、第5導電部12を介して、第1導電部7と第3導電部10が接続され、第2導電部8と第4導電部11とが接続されている。
これにより、より低い精度で半導体積層部1〜3を実装基板9に実装することができる。つまり、第1導電部7と第2導電部8との距離が近い場合であっても、半導体積層部を実装基板9に実装した状態において、例えば第1導電部7が第4導電部11に電気的に接続されることがなくショートを防止することができる。
より詳細に説明すると、実装基板9は、半導体積層部1〜3と実装基板9とを張り合わせて電気的に接続させるために、第3導電部10に電気的に接続した第6導電部と、第4導電部11に電気的に接続した第7導電部と、が備えられる(第6導電部及び第7導電部は、図4の第5導電部12の代わりに設けられるものであり、本明細書では図示していない。)。実装する際には、第1導電部7と第6導電部、第2導電部8と第7導電部が接続されることになるが、第1導電部7と第2導電部8との間の距離が小さい場合は、実装精度が落ちると第1導電部と第7導電部とが接触してしまいショートを生じる場合があった。そこで、本発明の第5導電部12を用いることで、実装精度が落ちた状態であってもこのようなショートを防止することができる。
第2電極の厚膜部5bは、少なくとも発光素子の縁部に連続して形成することが好ましい。つまり、発光素子の周囲を取り囲むように第2電極の厚膜部5bが存在し、第2導電部8は少なくとも発光素子周囲の領域を含む厚膜部5bで第2電極5と接続されるようにする。これにより、電流がより均等に広がるので、大きな発光面積を効果的に利用することができる。
本実施の形態では、第3導電部10及び第4導電部11として実装基板を貫通した形状のものとしたが、本発明はそれに限定されず、例えば実装基板9を積層構造とし各層に導電性のパターンを設け実装基板の表面側と裏面側とを電気的に接続させたものでも良い。
実装基板9の材料は特に限定されるものではなく、例えば絶縁性のシリコンやアルミナなどを使用することができる。第3導電部10及び第4導電部11の材料は特に限定されるものではなく、例えばAg、Cu、Alの少なくとも1つを利用することができる。第5導電部の材料は限定されるものではなく、例えばTiSi2、Pt、Auの少なくとも1つを利用することができる。
1・・・第1導電型導電層
2・・・活性層
3・・・第2導電型導電層
4・・・第1電極
5・・・第2電極
5a・・・第2電極の薄膜部
5b・・・第2電極の厚膜部
6・・・絶縁部
7・・・第1導電部
8・・・第2導電部
9・・・実装基板
10・・・第3導電部
11・・・第4導電部
12・・・第5導電部

Claims (5)

  1. 第1導電型半導体層と、
    前記第1導電型半導体層に設けられた第2導電型半導体層と、
    前記第2導電型半導体層が部分的に除去された領域において、前記第1導電型半導体層に設けられた第1電極と、
    前記第1電極と同一面となる側において、前記第2導電型半導体層に設けられ、薄膜部及び厚膜部を有する第2電極と、
    前記第1電極に接続され、前記第2電極の薄膜部と絶縁部を介して部分的に対向した第第1導電部と、
    前記第2電極の厚膜部と接続された第2導電部と、を有し、
    前記第1導電部及び前記第2導電部と、実装基板と、が対向するように実装可能であることを特徴とする発光素子。
  2. 前記第2電極の厚膜部は、少なくとも発光素子の縁部に連続して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子。
  3. 第1導電型半導体層及び第2導電型半導体層を有する半導体積層部を、実装基板に実装してなる発光装置の製造方法において、
    前記第2導電型半導体層が部分的に除去された領域において、前記第1導電型半導体層に第1電極を形成する工程と、
    前記第1電極と同一面となる側において、前記第2導電型半導体層に、薄膜部及び厚膜部を有する第2電極を形成する工程と、
    前記第2電極の薄膜部と絶縁部を介して部分的に対向し、前記第1電極と電気的に接続された第1導電部を形成する工程と、
    前記第2電極の厚膜部において、前記第2電極と電気的に接続された第2導電部を形成する工程と、
    導電性を有する第3導電部及び第4導電部を有する実装基板を準備する工程と、
    前記第3導電部が絶縁部を介して第2電極の薄膜部と対向するように、前記実装基板に前記半導体積層部を実装し、前記第1導電部と前記第3導電部とを電気的に接続させ、前記第2導電部と前記第4導電部とを電気的に接続させる工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  4. 前記実装基板は、前記半導体積層部と対向する側に、前記第1導電部と前記第2導電部との間の距離よりも幅が小さく、互いに離間した複数の第5導電部を有しており、
    前記第5導電部を介して、前記第1導電部と前記第3導電部が接続され、前記第2導電部と前記第4導電部とが接続されていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記第2電極の厚膜部は、少なくとも発光素子の縁部に連続して形成されることを特徴とする請求項3又は4に記載の発光装置の製造方法。
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