(57)【要約】【課題】主発光面から出射される光を、できるだけ効率よく取り出すことで、輝度向上を図ることが可能な発光装置および発光素子を提供する。【解決手段】基板２に、発光層３２を含む半導体層３が形成され、発光層３２からの光が主に出射する半導体層３の主発光面Ｆ上に、ｐ電極５が形成された発光素子１と、発光素子１がダイボンドされることで導通接続するカソード電極１４ａと、ｐ電極５にワイヤ１５で接続されるアノード電極１４ｂが形成された配線基板１１とを備えた発光装置１０において、ｐ電極５は、ワイヤボンディングの際の圧着ボールの直径と等しい円形状に形成されることで、圧着ボールが押し潰されることでできるボールボンディング部分より、外形が小さくなるように形成されている。【選択図】図１
2008140840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、発光層を含む半導体層が形成され、前記発光層からの光が主に出射する前記半導体層の主発光面上に、ワイヤボンディング電極が形成された発光素子と、
前記ワイヤボンディング電極にワイヤで接続される電極が形成された配線基板とを備えた発光装置において、
前記ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ワイヤボンディング電極は、円形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤボンディングの際のワイヤ先端に形成される圧着ボールの直径以下であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記ワイヤボンディング電極の直径は、前記ワイヤの直径以上であることを特徴とする請求項２または３記載の発光装置。
【請求項５】
基板に、発光層を含む半導体層が形成され、前記発光層からの光が主に出射する前記半導体層の主発光面上に、ワイヤを接続するためのワイヤボンディング電極が形成された発光素子において、
前記ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
前記ワイヤボンディング電極は、円形状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤボンディングの際のワイヤ先端に形成される圧着ボールの直径以下であることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記ワイヤボンディング電極の直径は、前記ワイヤの直径以上であることを特徴とする請求項６または７記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に発光層を含む半導体層が形成され、この半導体層の主発光面上にワイヤボンディングされるボンディング電極が形成された発光装置および発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部からワイヤを介して電源が供給される従来の発光素子は、基板に積層された発光層を含む半導体層上に、ワイヤを接続するためのワイヤボンディング電極が形成されている。例えば、特許文献１に記載の半導体発光素子は、化合物半導体基板の上に、第１の層から第４の層までの４層としたボンディング電極が設けられ、この第４の層上にワイヤがボンディングされるものである。
【特許文献１】特開平１０−１３５５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体層上にワイヤボンディング電極が形成された従来の発光素子は、このワイヤボンディング電極によって発光層からの光の進行が阻害されるため、光取り出し効率の低下の要因となる。従って、発光層からの光をできるだけ主発光面から多く取り出すことができれば、より明るい発光素子を得ることができる。
【０００４】
そこで本発明は、主発光面から出射される光を、できるだけ効率よく取り出すことで、輝度向上を図ることが可能な発光装置および発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光装置は、基板に、発光層を含む半導体層が形成され、前記発光層からの光が主に出射する前記半導体層の主発光面上に、ワイヤボンディング電極が形成された発光素子と、前記ワイヤボンディング電極にワイヤで接続される電極が形成された配線基板とを備えた発光装置において、前記ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の発光素子は、基板に、発光層を含む半導体層が形成され、前記発光層からの光が主に出射する前記半導体層の主発光面上に、ワイヤを接続するためのワイヤボンディング電極が形成された発光素子において、前記ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光層からの光を、ワイヤボンディング電極がボールボンディング部分よりはみ出すことで阻害してしまうことがないので、主発光面から出射される光を、できるだけ効率よく取り出すことで、輝度向上を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願の第１の発明は、基板に、発光層を含む半導体層が形成され、発光層からの光が主に出射する半導体層の主発光面上に、ワイヤボンディング電極が形成された発光素子と、ワイヤボンディング電極にワイヤで接続される電極が形成された配線基板とを備えた発光装置において、ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴としたものである。
【０００９】
ワイヤで外部と接続するためのワイヤボンディング電極の外形が、押し潰されたボールボンディング部分より、ほぼ等しいか、または小さいので、ワイヤを主発光面上のワイヤボンディング電極にボンディングしても、発光層からの光の進行を、ワイヤボンディング電極がボールボンディング部分よりはみ出すことで阻害してしまうことがない。
【００１０】
本願の第２発明は、ワイヤボンディング電極は、円形状に形成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
圧着ボールは球形に形成されているので、押圧されることでできるボールボンディング部分は略円形状に押し潰される。従って、ボールボンディング部分がワイヤボンディング電極の中心から多少ずれても、ワイヤボンディング電極が円形状に形成されていれば、ボールボンディング部分からはみ出し難い。
【００１２】
本願の第３の発明は、ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤボンディングの際のワイヤ先端に形成される圧着ボールの直径以下であることを特徴としたものである。
【００１３】
圧着ボールは、押し潰されると円形状に広がるように押し潰される。従って、ワイヤボンディング電極が、円形状に形成され、その直径が圧着ボールの直径より小さく形成することで、ワイヤボンディング電極をボールボンディング部分より外形を小さくすることができる。
【００１４】
本願の第４の発明は、ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤの直径以上であることを特徴としたものである。
【００１５】
主発光面から出射される光は、ボンディングされるワイヤによって進行が阻害される。圧着ボールは、ワイヤをボンディングする際のワイヤ先端に設けられるものであるので、少なくともワイヤの直径より圧着ボールの直径の方が大きい。従って、ワイヤボンディング電極の直径を、ワイヤの直径未満としても光の進行には影響しない。また、ワイヤボンディング電極の直径を、ワイヤの直径以上とすることで、接続強度の確保も可能である。
【００１６】
本願の第５の発明は、基板に、発光層を含む半導体層が形成され、発光層からの光が主に出射する半導体層の主発光面上に、ワイヤを接続するためのワイヤボンディング電極が形成された発光素子において、ワイヤボンディング電極は、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、外形がほぼ等しいか、または小さいことを特徴としたものである。
【００１７】
ワイヤで外部と接続するためのワイヤボンディング電極の外形が、ワイヤボンディングの際に押し潰されたボールボンディング部分より、ほぼ等しいか、または小さいので、ワイヤを主発光面上のワイヤボンディング電極にボンディングしても、発光層からの光を、ワイヤボンディング電極がボールボンディング部分よりはみ出すことで阻害してしまうことがない。
【００１８】
本願の第６の発明は、ワイヤボンディング電極は、円形状に形成されていることを特徴としたものである。
【００１９】
圧着ボールは球形に形成されているので、押圧されることでできるボールボンディング部分は略円形状に押し潰される。従って、ボールボンディング部分がワイヤボンディング電極の中心から多少ずれても、ボンディング電極が円形状に形成されていれば、ボールボンディング部分からはみ出し難い。
【００２０】
本願の第７の発明は、ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤボンディングの際のワイヤ先端に形成される圧着ボールの直径以下であることを特徴としたものである。
【００２１】
圧着ボールが押し潰されると円形状に広がるように押し潰される。従って、ワイヤボンディング電極が、円形状に形成され、その直径が圧着ボールの直径より小さく形成することで、ワイヤボンディング電極をボールボンディング部分より外形を小さくすることができる。
【００２２】
本願の第８の発明は、ワイヤボンディング電極の直径は、ワイヤの直径以上であることを特徴としたものである。
【００２３】
主発光面から出射される光は、ボンディングされるワイヤによって進行が阻害される。圧着ボールは、ワイヤをボンディングする際のワイヤ先端に設けられるものであるので、少なくともワイヤの直径より圧着ボールの直径の方が大きい。従って、ワイヤボンディング電極の直径を、ワイヤの直径未満としても光の進行には影響しない。また、ワイヤボンディング電極の直径を、ワイヤの直径以上とすることで、接続強度の確保も可能である。
【００２４】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置および発光素子を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置の側面図である。
【００２５】
図１に示すように、発光装置１０は、表面実装用のチップＬＥＤであり、配線基板１１と、封止部１２と、発光素子１とを備えている。
【００２６】
配線基板１１は、絶縁基板１３に発光素子１へ電源を供給する電極１４が形成されている。絶縁基板１３は、例えば、ガラスエポキシ系樹脂、またはＢＴレジン（ビスマレイミドトリアジン樹脂系の熱硬化樹脂）で形成されている。電極１４は、カソード電極１４ａと、アノード電極１４ｂとを備えている。配線基板１１は、絶縁基板１３の一方の端部に一方の電極となるカソード電極１４ａが、他方の端部に他方の電極となるアノード電極１４ｂが、それぞれ断面コ字状に形成されている。カソード電極１４ａには発光素子１がダイボンドされ、アノード電極１４ｂには発光素子１と接続するワイヤ１５がワイヤボンディングされている。
【００２７】
ワイヤ１５は、Ａｕ製の金属細線であり、発光素子１側にファーストボンド、アノード電極１４ｂにセカンドボンドされている。
【００２８】
発光素子１が搭載されている配線基板１１の搭載面Ｓ１の反対側となる接続面Ｓ２には、カソード電極１４ａおよびアノード電極１４ｂの短絡や保護を目的として、レジスト膜１６が形成されている。
【００２９】
封止部１２は、エポキシ系樹脂で形成されている。この封止部１２には、発光素子１からの光を波長変換して補色となる色を発光する蛍光体を含有させていてもよい。発光素子１が青色に発光するものであれば、蛍光体としては黄色に波長変換するものを使用することで、封止部１２の表面を、発光素子１からの青色と波長変換された黄色とが混色して白色に発光させることができる。
【００３０】
発光素子１は、例えば、青色に発光する半導体発光素子とすることができる。ここで、本実施の形態に係る発光素子１の構成について、図２および図３に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る発光素子の側面図である。図３は、図２に示す発光素子の平面図である。
【００３１】
図２および図３に示すように、発光素子１は、基板２と、半導体層３と、ｎ電極４と、ｐ電極５とを備えている。基板２は、周囲面の中腹部に段部２ａが設けられ、平面視して一辺が約３５０μｍの正方形状に形成されている。基板２は、導電性を有しており、例えば、ＧａＮ，ＳｉＣ，ＧａＡｓやＧａＰなどで形成することができる。
【００３２】
半導体層３は、ｎ層３１と、発光層３２と、ｐ層３３とが、基板２に積層されることで形成されている。ｎ層３１は、基板２に、例えばＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層することで形成されたｎ型半導体層である。半導体層３としては、ｎ層３１と基板２の間に、ＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。発光層３２は、ｎ層３１に、例えばＩｎＧａＮ等を積層することで形成されている。また、ｐ層３３は、発光層３２にＡｌＧａＮ等を積層することで形成されている。このｐ層３３の上面が、発光層３２からの光を主に出射する主発光面Ｆである。
【００３３】
ｎ電極４は、基板２の下面の全体に設けられたダイボンディング電極である。ｎ電極４は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ，Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕおよびＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ等の多層構造で形成することができる。
【００３４】
ｐ電極５は、円形状に形成され、ｐ層３３上の中心部に配置されたワイヤボンディング電極である。ｐ電極５は、例えば、Ｐｔ／Ａｕ，Ｔｉ／Ａｌ，Ｔｉ／ＡｕおよびＡｕ／Ｚｎ等の多層構造で形成することができる。
【００３５】
ｐ電極５は、ワイヤ１５をワイヤボンディングする際に、ワイヤ先端に形成される圧着ボールの直径に形成されている。例えば、ワイヤ１５の直径が２５μｍであれば、圧着ボールの直径は、約７０μｍに形成される。従って、圧着ボールの直径が約７０μｍであればｐ電極５の直径を約７０μｍとするのが望ましい。
【００３６】
次に、発光装置１０のワイヤ１５の配線方法について、図４から図８に基づいて説明する。図４から図７は、本発明の実施の形態に係る発光装置１０のワイヤの配線状態を示す図である。図８は、発光装置１０にワイヤ１５を接続した状態を示す要部拡大図である。
【００３７】
図４に示すように、キャピラリ２００から突出したワイヤ２１０には、その先端に圧着ボール２１１が設けられている。ワイヤ２１０の直径は約２５μｍで、この圧着ボール２１１の直径は約７０μｍである。
【００３８】
図５に示すように、キャピラリ２００を降下させて、ｐ電極５に圧着ボール２１１をキャピラリ２００の底面２０１で押圧してボンディングすることで圧着ボール２１１が変形したボールボンディング部１１１を形成する。ボールボンディング部１１１は、キャピラリ２００の底面２０１が逆漏斗状に形成されているので、頭頂部にワイヤ２１０が接続された状態の略円錐状に形成されている。
【００３９】
圧着ボール２１１は球形に形成されているので、押圧されることでできるボールボンディング部１１１は平面視略円形状に押し潰される。従って、ボールボンディング部１１１がｐ電極５の中心から多少ずれても、ｐ電極５が円形状に形成されているので、ｐ電極５がボールボンディング部１１１からはみ出し難い。
【００４０】
図８に示すように、ｐ電極５は、円形状に形成され、その直径が圧着ボール２１１の直径としているので、圧着ボール２１１が押し潰されることでできるボールボンディング部１１１は、ｐ電極５より外形が大きくなる。つまり、ワイヤ１５を主発光面Ｆ上のｐ電極５にボンディングしても、発光層３２からの光を、ｐ電極５がボールボンディング部１１１よりはみ出すことで阻害してしまうことがない。従って、主発光面Ｆから出射される光を効率よく取り出すことが可能なので、輝度向上を図ることが可能である。
【００４１】
本実施の形態では、円形状に形成されたｐ電極５の直径を、圧着ボールの直径としているが、圧着ボール２１１の直径以下、ワイヤ１５の直径以上とすることができる。ｐ電極５の直径を圧着ボール２１１の直径以下とすることで、押し潰されて外形が広がるように変形した圧着ボール２１１からｐ電極５がはみ出すことがない。また、圧着ボール２１１は、ワイヤ１５をボンディングする際のワイヤ１５先端に設けられるものであるので、少なくともワイヤ１５の直径より圧着ボール２１１の直径の方が大きい。従って、ｐ電極５の直径を、ワイヤ１５の直径未満としても光の進行には影響しないので、接続強度を確保する点からも、ｐ電極５の直径をワイヤ１５の直径以上とするのが望ましい。
【００４２】
また、本実施の形態では、ｐ電極５を圧着ボール２１１と直径が同じ円形状としているが、圧着ボール２１１が押し潰されることでできるボールボンディング部１１１の外形にｐ電極５の外形を合わせるように形成することで等しくしてもよい。ｐ電極５とボールボンディング部１１１との外形とを等しくすることで、ワイヤ１５とｐ電極５との接続強度を保ちながら、取り出し効率の向上を図ることができる。ｐ電極５とボールボンディング部１１１との外形とを等しくした場合には、ワイヤボンディング装置の精度によっては、ボールボンディング部１１１が横方向に少しずれてしまい、ｐ電極５が（数μｍのオーダー）ではみ出してしまうことがある。ｐ電極５にボールボンディング部１１１が完全に重なるようにボールボンディング部１１１が形成されるのが望ましいが、多少のずれ程度では全体に対する影響が少ない。従って、ボールボンディング部１１１の外形にｐ電極５の外形が、ほぼ等しい程度であれば許容される。
【００４３】
図６に示すように、ボールボンディング部１１１を形成すると、キャピラリ２００を上昇させる。このとき、キャピラリ２００を引き上げつつ、アノード電極１４ｂ（図１参照）への方向とは反対となる方向へ戻した後、アノード電極１４ｂ方向へ移動することで、図１に示すような円弧Ｒが大きいワイヤループが配線される。
【００４４】
図７に示すように、キャピラリ２００からワイヤ２１０を引き出しつつ、アノード電極１４ｂへ徐々にキャピラリ２００を下降させる。そしてアノード電極１４ｂにワイヤ２１０が接した状態で水平移動させた後、セカンドボンディングする位置まで到達したらキャピラリ２００の底面２０１をアノード電極１４ｂへ押し付けるようにワイヤ２１０を押圧して切断してウェッジボンド部１１２を形成する。ワイヤ２１０を切断することで、ワイヤ２１０は発光素子１のｐ電極５とアノード電極１４ｂとを導通接続するワイヤ１５となる。
【００４５】
このようにワイヤ１５として、円弧Ｒが大きいワイヤループを形成すると共に、アノード電極１４ｂにワイヤ２１０が接した状態で水平移動させてウェッジボンド部１１２を形成することで、発光装置１０をリフロー炉で半田する際に発生する急激な熱応力でも、ワイヤ１５の断線を防止することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、導電性の基板２の下面にｎ電極４が形成された発光装置１０としているが、基板に発光層を形成した後に、ｐ層、発光層およびｎ層の一部をエッチングしてｎ電極を形成する発光素子であっても、ｐ電極をワイヤで接続して電源供給する場合には、ｐ電極の外形をボールボンディング部の外形に、ほぼ等しいか、または小さく形成することで、同様の効果を得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、主発光面から出射される光を、できるだけ効率よく取り出すことが可能なので、基板に発光層を含む半導体層が形成され、この半導体層の主発光面上にワイヤボンディングされるボンディング電極が形成された発光装置および発光素子に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態に係る発光素子の側面図
【図３】図２に示す発光素子の平面図
【図４】本発明の実施の形態に係る発光装置のワイヤの配線状態を示す図
【図５】本発明の実施の形態に係る発光装置のワイヤの配線状態を示す図
【図６】本発明の実施の形態に係る発光装置のワイヤの配線状態を示す図
【図７】本発明の実施の形態に係る発光装置のワイヤの配線状態を示す図
【図８】発光装置にワイヤを接続した状態を示す要部拡大図
【符号の説明】
【００４９】
１  発光素子
２  基板
３  半導体層
３１  ｎ層
３２  発光層
３３  ｐ層
４  ｎ電極
５  ｐ電極
１０  発光装置
１１  配線基板
１２  封止部
１３  絶縁基板
１４  電極
１４ａ  カソード電極
１４ｂ  アノード電極
１５  ワイヤ
１６  レジスト膜
１１１  ボールボンディング部
１１２  ウェッジボンド部
２００  キャピラリ
２０１  底面
２１０  ワイヤ
２１１  圧着ボール
【図１】
2008140840.tif 000003
【図２】
2008140840.tif 000004
【図３】
2008140840.tif 000005
【図４】
2008140840.tif 000006
【図５】
2008140840.tif 000007
【図６】
2008140840.tif 000008
【図７】
2008140840.tif 000009
【図８】
2008140840.tif 000010