(57)【要約】【課題】ＧａＮ系半導体のごときＩＩＩ族窒化物半導体およびＺｎＯ系半導体のごときＩＩ族酸化物半導体を用いて、光取り出し効率に優れ、かつ、生産性に優れた半導体発光装置を提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物半導体およびＩＩ族酸化物半導体において、低抵抗化の容易なｎ型成長層側を光取り出し面とし、光取り出し面にパッド電極を形成することなく、透明導電材を用いてｎ型電極とリードフレーム等の配線用支持部の導電部とを電気的に接続する。【選択図】  図１
2004228297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電部と第２の導電部とを含む配線用支持部に、第１の電極と第２の電極とが形成された半導体発光素子を接続することによって形成され、ここに、該第１の電極は１の素子主面に形成され、該第２の電極は該第１の電極が形成された面とは異なる素子主面に形成されている半導体発光装置であって、
該半導体発光素子は、該半導体発光素子から発光された光に対して透光性を有する透明導電材により封止され、
該第１の電極は該第１の導電部と電気的に接続され、
該第２の電極は、該半導体発光素子から発光された光に対して透光性であって、該透明導電材を介して該第２の導電部と電気的に接続されていることを特徴とする該半導体発光装置。
【請求項２】
該半導体発光素子が、ＩＩＩ族窒化物系半導体またはＩＩ族酸化物系半導体で構成され、該第１の電極はｐ型成長層主面に形成されたｐ型電極であって、該第２の電極は導電性のｎ型基板またはｎ型成長層主面に形成されたｎ型電極である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
該ｎ型電極が、該透明導電材よりも高い導電率を有する透明導電性膜を含む請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
該第１および第２の電極が形成されていない半導体発光素子の側面が、絶縁体によって被覆されている請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項５】
該透明導電材が、導電性有機化合物を含む請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項６】
該透明導電材が、さらに封止樹脂で被覆されている請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項７】
該透明導電材または該封止樹脂中に、該半導体発光素子から発光された光を散乱させる粒子が分散している請求項１または６記載の半導体発光装置。
【請求項８】
互いに分離絶縁された複数の第１の導電部と、第２の導電部とを含む配線用支持部に、各々第１の電極と第２の電極とが形成された複数の半導体発光素子を接続することによって形成され、ここに、該第１の電極は各素子の１の主面に形成され、該第２の電極は該第１の電極が形成された面とは異なる素子主面に形成されている半導体発光装置であって、
該複数の半導体発光素子は、該複数の半導体発光素子から発光された複数の光に対して透光性を有する透明導電材により封止され、
該複数の半導体発光素子の各々の第１の電極は該互いに分離絶縁された複数の第１の導電部の各々と電気的に接続され、
該複数の半導体発光素子の各々の第２の電極は、対応する半導体発光素子から発光された光に対して透光性であって、該透明導電材を介して該第２の導電部と電気的に共通接続されていることを特徴とする該半導体発光装置。
【請求項９】
赤、緑および青色の半導体発光素子が実装されている請求項８記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は発光ダイオード素子を用いた半導体発光装置に関し、より詳しくは、発光効率と生産性に優れた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラーディスプレイ等の発光装置や種々の光源として広範囲に利用される高輝度な発光ダイオード素子は、その産業利用の用途や範囲が年々拡大している。中でも、青色〜紫外域のみならず、赤色を含めた可視光全域をカバーできる発光材料として、ワイドギャップ半導体であるＩＩＩ族窒化物半導体およびＩＩ族酸化物半導体の結晶成長およびデバイス技術が急速に発展している。
【０００３】
近年、ＩＩＩ族窒化物半導体として、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が開発され、高周波、高温、大電力用の半導体素子として大きな可能性を持つことが期待されている。
【０００４】
また、ＩＩ族酸化物半導体である酸化亜鉛（ＺｎＯ）系化合物半導体が青色領域ないし紫外領域の発光デバイス用の材料として有望視されている。
ＺｎＯは、約３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体である。また、ＺｎＯは約６０ｍｅＶと極めて高い励起子結合エネルギーを有するため、低消費電力で環境性に優れた高効率な発光デバイスを実現できる可能性があり、さらに、原材料が安価、環境や人体に無害で成膜手法が簡便である等の特徴を有している。
【０００５】
なお、本明細書において、ＩＩＩ族窒化物系半導体とは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶を含めるものとし、ＧａＮおよびこれを母体としたＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮなどで表される混晶を「ＧａＮ系半導体」と略称する。
また、ＩＩ族酸化物系半導体とは、ＺｎＯ、ＭｇＯおよびこれらの混晶を含めるものとし、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯまたはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を「ＺｎＯ系半導体」と略称する。
【０００６】
ＧａＮ系半導体およびＺｎＯ系半導体は低抵抗なｐ型層が得られにくいため、ｐ型層内で十分に注入キャリアが拡散せず、これらの半導体を用いて作製された発光ダイオード素子はｐ型電極直下でしか十分な発光が得られないという問題がある。
【０００７】
そこで、ｐ型層に透光性の全面電極を形成し、放射状の補助電極を設けたり（特許第２６９７５７２号公報；特許文献１）、ワイヤボンディングのためのパッド電極を発光ダイオード素子の隅部に設けたり（特許第２７４８８１８号公報；特許文献２）するなどの技術によって、問題の解決を図っている。
【０００８】
また、特開２００１−４８６９８号公報（特許文献３）および特開２００１−６８７０７号公報（特許文献４）には、高密度記録や大量情報の伝達に必要な紫外光半導体レーザダイオードをＺｎＯで作製するために、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを同時にＺｎＯにドーピングして、低抵抗なｐ型ＺｎＯ単結晶薄膜を作製する、いわゆる「同時ドーピング技術」を開示する。この「同時ドーピング技術」においては、ｐ型ドーパント濃度がｎ型ドーパント濃度より大きくなるようにドーピングすることを特徴とする。この技術により得られた低抵抗なｐ型ＺｎＯとＧａ等の不純物ドーピングにより得られるｎ型ＺｎＯとを組合わせることによって、同一半導体化合物であるＺｎＯにおいてｐｎ接合が実現できる。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２６９７５７２号公報
【００１０】
【特許文献２】
特許第２７４８８１８号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００１−４８６９８号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開２００１−６８７０７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
透光性全面電極は、電極を薄くすることによって透光性を確保しているため、電極自身の抵抗とトレードオフの関係にある。すなわち、透光性を向上させるために電極を薄くすると、電極の抵抗が上昇して電流が広がりにくくなり、配線のために設けたパッド電極直下のみに発光が集中する。逆に電極を厚くすると電流は広がりやすくなるが、透光性が悪化し発光を素子外に取り出しにくくなる。したがって、透光性全面電極を設けても、発光強度の面内分布は依然としてパッド電極直下が最も大きい状態にある。
【００１４】
また、パッド電極は、ワイヤボンディングの簡便性および密着性を向上させることを目的として形成されており、パッド電極で発光が遮蔽や吸収されると、光取り出し効率は大きく低下するので、その面積はできるだけ小さいことが望ましい。しかし、パッド電極の大きさは１００μｍ径程度を要し、発光ダイオード素子の表面積（２００μｍ〜３００μｍ角）に比して大きな割合を占める。
【００１５】
以上の問題点を考慮すると、従来の技術によってＧａＮ系およびＺｎＯ系半導体発光ダイオード素子を実装した半導体発光装置は、光取り出し効率が非常に低いと考えられる。
そこで、本発明の目的は、以上の課題に鑑み、光取り出し効率に優れ、かつ、簡便に製造できる半導体発光装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、発光を遮蔽する原因となっているパッド電極を設けずに発光ダイオード素子を配線用支持部に実装する手法を検討し、透明導電材を用いて、光取り出し面側に形成された透光性電極と配線用支持部の導電部とを電気的に接続することにより、簡便に光取り出し効率に優れた半導体発光装置を製造することができることを見い出し本発明にいたった。
【００１７】
すなわち、第１の局面において、第１の導電部と第２の導電部とを含む配線用支持部に、第１の電極と第２の電極とが形成された半導体発光素子を接続することによって形成され、ここに、該第１の電極は１の素子主面に形成され、該第２の電極は該第１の電極が形成された面とは異なる素子主面に形成されている半導体発光装置であって、
該半導体発光素子は、該半導体発光素子から発光された光に対して透光性を有する透明導電材により封止され、
該第１の電極は該第１の導電部と電気的に接続され、
該第２の電極は、該半導体発光素子から発光された光に対して透光性であって、該透明導電材を介して該第２の導電部と電気的に接続されていることを特徴とする該半導体発光装置を提供する。
【００１８】
本明細書において、「電極」とは、半導体層表面に形成された１または複数の導電体層からなり、少なくとも当該半導体層にオーミック接触する金属または金属化合物層を含んで構成されたものを意味する。電極を構成する導電体層には、ボンディングワイヤを接続するパッド電極、半導体層と電極金属の密着性を向上させる下地層、または電極に入射した光を反射させる反射層等が含まれていてもよい。
【００１９】
本発明によれば、半導体発光素子の光取り出し面側に形成された透光性電極を透明導電材で、リードフレームやプリント基板等のごとき配線用支持部に接続するので、該透光性電極上にパッド電極を形成する必要がない。このため、発光された光の遮蔽や吸収が生じず、発光素子からの光取り出しが格段に向上する。
また、電極と配線用支持部との接続にボンディングワイヤを用いないので、実装プロセスが簡略化される。このことにより、発光効率と生産性に優れた半導体発光装置を実現できる。
【００２０】
本発明の半導体発光装置において、該半導体発光素子が、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物系半導体または、例えば、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯおよびＣｄＺｎＯ等のＩＩ族酸化物系半導体で構成され、該第１の電極はｐ型成長層主面に形成されたｐ型電極であって、該第２の電極は導電性のｎ型基板またはｎ型成長層主面に形成されたｎ型電極である。
【００２１】
本発明の半導体発光装置において、発光特性や生産性等の観点から好ましいため、ＩＩＩ族窒化物半導体またはＩＩ族酸化物半導体を用いて作製された半導体発光素子を用いる。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物半導体およびＩＩ族酸化物半導体は低抵抗なｐ型層を作製することが難しく、電流広がりに乏しいので、ｐ型層を光取り出し面とする従来の実装方法では、パッド電極が光取り出し効率を阻害する。
そこで、本発明においては、低抵抗なｎ型基板またはｎ型成長層が形成された面から光を取り出すようにすることによって、十分な電流の広がりが確保でき、さらに、光取り出し面となる素子表面上にパッド電極を形成しないので、光取り出し効率が格段に向上する。
【００２２】
また、該ｎ型電極の一部としてＩＴＯなどの低抵抗な透明導電性膜を形成し、該ｎ型電極が該透明導電材より高い導電率を有する透明導電性電極を含むようにすれば、該透明導電材と該ｎ型電極との接触抵抗が低減されるので、発光素子表面での電流広がりが改善され、さらに発光効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明の半導体発光装置において、半導体発光素子の側面は透明導電材と接触している。そこで、該透明導電材が発光素子のｎ型層とｐ型層を短絡することを防止するために、例えば、ＳｉＯ２を含む絶縁体によって半導体発光素子の側面を被覆する。これによって、発光不良やリーク電流を抑制することができる。
【００２４】
本発明において、短波長発光の透光性に優れ、また、形成手法が簡便で製造プロセスを簡略化することができるので、透明導電材には導電性有機化合物を用いる。
【００２５】
本発明において、該透明導電材を外気から保護するために、さらに封止樹脂で被覆することができる。
また、該透明導電材または該封止樹脂中に、該半導体発光素子から発光された光を散乱させる粒子を分散させることができる。該透明導電材または該封止樹脂中には、様々な目的で微細な粒子を分散させることが容易に行え、特に発光された光を散乱させる微粒子が分散されていることにより、半導体発光装置の視認性や視野角が向上する。
【００２６】
また、第２の局面において、本発明は、互いに分離絶縁された複数の第１の導電部と、第２の導電部とを含む配線用支持部に、各々第１の電極と第２の電極とが形成された複数の半導体発光素子を接続することによって形成され、ここに、該第１の電極は各素子の１の主面に形成され、該第２の電極は該第１の電極が形成された面とは異なる素子主面に形成されている半導体発光装置であって、
該複数の半導体発光素子は、該複数の半導体発光素子から発光された複数の光に対して透光性を有する透明導電材により封止され、
該複数の半導体発光素子の各々の第１の電極は該互いに分離絶縁された複数の第１の導電部の各々と電気的に接続され、
該複数の半導体発光素子の各々の第２の電極は、対応する半導体発光素子から発光された光に対して透光性であって、該透明導電材を介して該第２の導電部と電気的に共通接続されていることを特徴とする該半導体発光装置を提供する。
複数の半導体発光素子を用いてアレイ状の半導体発光装置を作製しても、複数の半導体発光素子の各々をワイヤボンディングにより配線用支持部上の導電部に配線する必要がなくなるため、生産性が向上する。
【００２７】
本発明の半導体発光装置に赤、緑および青色の半導体発光素子実装し、各半導体発光素子の発光強度を調整すれば、多色発光を実現することができる。
したがって、本発明によれば、発光効率と製造プロセスの簡便性に優れているので、産業上の利用価値が高い多色発光装置を、３原色の発光素子を用いて簡便に実現できる。
また、３原色の発光ダイオード素子の中で最も視感度の低い青色発光ダイオード素子の光取り出しを向上させることができるため、混色した際の発光強度を増大させることができると共に、３原色各々の発光素子間の駆動電流差が小さくなり、混色の制御性が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸化物半導体発光素子を発光ダイオード素子に適用した実施形態を図面に基づいて、具体的に説明する。
【００２９】
第１の実施形態
本発明による第１の実施形態の半導体発光装置は、例えば、ＧａＮ系半導体のごときＩＩＩ族窒化物半導体またはＺｎＯ系半導体のごときＩＩ族酸化物半導体を用いた青色発光ダイオード素子がリードフレームに搭載された半導体発光装置である。
この第１の実施形態の半導体発光装置は、半導体発光ダイオード素子の発光層より上方にボンディング用のパッド電極を設けず、透光性電極が透明導電材を用いてリードフレームと電気的に接続されている点に特徴を有している。
【００３０】
図１は半導体発光装置１の斜視図を示し、図２はその断面図を示す。半導体発光装置１は、発光ダイオード素子１０をリードフレーム２０の上に実装し、さらに、該発光ダイオード素子１０を透明導電材３０で封止することによって構成されている。
【００３１】
発光ダイオード素子１０は、通常の薄膜形成技術を用いて、以下の構成に限定されないが、例えば、ｎ型基板１０１上に、ｎ型クラッド層１０２、発光層１０３、ｐ型クラッド層１０４およびｐ型コンタクト層１０５を積層することによって作製される。
【００３２】
ｐ型コンタクト層１０５上には、ｐ型オーミック電極層１０６およびパッド電極１０７が積層されている。
また、ｎ型基板１０１の裏面には、透光性ｎ型オーミック電極１０８が積層されている。
【００３３】
リードフレーム２０を構成する支持部２０１の中央には、底部に第１の導電部２０２を有する凹部が形成されている。該凹部は、該パッド電極１０７が挿入できるような寸法に形成する。例えば、パッド電極１０７が２００μｍ角である場合、２５０μｍ角の大きさとすることができる。
また、リードフレーム支持部２０１上には同心円状の第２の導電部２０３が形成されている。
第１の導電部２０２および第２の導電部２０３は、リードフレーム支持部内において、各々電気的に分離絶縁されたリード２０４ａおよび２０４ｂに接続されている。
なお、発光ダイオード素子１０を実装する配線用支持部はリードフレーム以外にも、パターン配線が施されたプリント基板等でもよい。
【００３４】
従来、ｎ型オーミック電極１０８が第１の導電部２０２と相対するように、発光ダイオード素子１０を支持部２０１上に載置し、ｎ型オーミック電極１０８が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定し、次いで、パッド電極１０７をワイヤボンディングにより第２の導電部２０３と電気的に接続することによって、半導体発光装置を作製していた。
【００３５】
一方、本発明においては、発光ダイオード素子１０は、パッド電極１０７が第１の導電部２０２と相対するように支持部２０１上に載置され、Ａｕパッド電極１０７が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定されている。さらに、発光ダイオード素子１０の全体は、透明導電材３０で覆われ、この透明導電材３０は光取り出しに好ましい任意の形状に成形されている。
【００３６】
本発明の酸化物半導体発光素子において、基板１０１の材料としては、サファイア、スピネル、ＬｉＧａＯ２等の絶縁性基板、またはＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の単結晶の導電性基板を用いることができる。
【００３７】
パッド電極１０７の材料としては、ＧａＮ系またはＺｎＯ系半導体中へ拡散してもドナー不純物とならない金属材料が好ましく、特に、Ａｕが好ましい。
【００３８】
ｎ型オーミック電極１０８には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属材料を用いることができる。なかでも低抵抗でコストの低いＡｌまたは密着性の良いＴｉが好ましい。前記金属材料の複数を合金化して、電極を形成してもよい。
【００３９】
ｎ型透光性Ａｌオーミック電極１０８は、ｎ型基板１０１を除去してｎ型クラッド層１０２上に形成してもよく、半導体発光装置１において、発光ダイオード素子１０は、ｎ型成長層側を光り取り出し面とするので、基板を除去することによって発光層からの光取り出し効率が向上する。
また、サファイアやＮａＡｌＯ２のような絶縁性基板を用いた場合は、基板を除去してｎ型成長層にｎ型オーミック電極を形成する必要がある。このとき、ｎ型コンタクト層を形成しても良い。さらに、ｎ型基板やｎ型成長層上に、ｎ型オーミック電極の一部として、ＩＴＯなど透明導電材３０より高い導電率を有する透明導電性膜を形成すると、電流がさらに広がり易くなり、発光層が均一に発光するようになるので好ましい。また、透明導電材３０とｎ型オーミック電極の一部である透明導電性膜が同じ材料であっても、該透明導電性膜の導電率が該透明導電材３０の導電率より高ければ、透明導電材３０とｎ型オーミック電極との接触抵抗が低減するので発光均一性が向上する。
【００４０】
その他の構成は任意であり、本明細書に記載された構成のみに限定されるものではない。
【００４１】
本発明の酸化物半導体発光素子は、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、レーザ分子線エピタキシー（レーザＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等の結晶成長手法で作製することができる。
レーザＭＢＥ法は、原料ターゲットと薄膜の組成ずれが小さく、また、例えば、ＺｎＯにＧａをドーピングさせる場合に、ＺｎＧａ２Ｏ４等の意図しない副生成物の生成を抑えることができるので好ましい。
【００４２】
透明導電材３０として、ＺｎＯなどの酸化物半導体との親和性に優れるＩＴＯや酸化インジウム、酸化スズなどの無機材料を含む透明導電材を用いてもよいが、無機薄膜は一般に厚膜形成が難しく、発光ダイオード素子が実装されたリードフレームのように起伏の激しい形状には、連続かつ均一に成膜し難い。
そこで、本発明においては、柔軟で厚膜形成の簡便性に優れた導電性有機化合物を透明導電材に用いる。これにより、製造プロセスと歩留まりを格段に向上させることができる。
【００４３】
導電性有機化合物には、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンなどを用いることができる。これら導電性有機化合物の導電率は、ハロゲンやアルカリ金属のドーピングによって１０４Ｓｃｍ−１程度にすることができ、電気配線としての用途にも十分適用できる。
【００４４】
また、前記導電性酸化物と導電性有機化合物を積層して形成してもよく、導電性有機化合物中には、導電率をさらに向上させる目的で、透光性が悪化しない程度にＡｇやＣｕなどを分散させても良い。
【００４５】
発光ダイオード素子１０の全体を透明導電材３０で覆うことにより、発光ダイオード素子１０表面の透光性ｎ型オーミック電極１０８は、透明導電材３０を介して第２の導電部２０３と電気的に接続される。
一方、パッド電極１０７は、支持部２０１の中央に形成された凹部内部に挿入されているため、透明導電材３０から分離絶縁されている。
【００４６】
半導体発光装置１において、発光ダイオード素子１０主面のｎ型透光性電極１０８の上にパッド電極を形成せずに、透明導電材３０を介してリードフレーム２０の第２の導電部２０３に電気的接続させているため、発光層から上方に向って放射された光が遮蔽されることなく取り出される。
また、ｐ型層側を下にしてリードフレーム２０に接続し、低抵抗化が可能なｎ型層側が光を取り出す主面になるように発光ダイオード素子１０を実装したので、素子表面で十分な電流広がりを確保できる。
さらに、電流広がりに乏しいｐ型層側の電極を透光性にする必要がなく、またｐ型電極上にはリードフレームとの電気的接触を確実に行う目的でパッド電極を設けても、光取り出しに何ら影響しない。
【００４７】
第２の実施形態
本発明による第２の実施形態の半導体発光装置は、第１の実施形態の半導体発光装置と同様に構成されるが、発光ダイオード素子１０の側面に絶縁膜１０９を形成し、透明導電材３０の外側に封止樹脂４０をモールドして、半導体発光装置の上部がドーム型に成形されていることを特徴とする半導体発光装置である。
【００４８】
図３は半導体発光装置２の構造を示す断面図を示す。この図では、第１の実施形態の半導体発光装置と同様の構成要素については、図２と同じ符号を用いている。
この半導体発光装置２において、透明導電材３０は、青色発光ダイオード素子１０の最表面に形成された透光性ｎ型オーミック電極１０８との接触面積が最も大きいため、素子側面のｎ型層とｐ型層が短絡することによって生じるリーク電流成分は少ないが、絶縁膜の形成によりｎ型層とｐ型層との短絡を防止し、リーク電流成分を消失させることにより、同じ駆動電圧でも大きな電流を流すことができ、かくして、発光効率を向上することができる。
絶縁膜には、Ｓｉ３Ｎ４等のごとき窒化物絶縁体または、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ等のごとき酸化物絶縁体を用いることができる。特に、窒化物絶縁体であれば、ＩＩＩ族窒化物系半導体との親和性に優れ、酸化物絶縁体であれば、ＩＩ族酸化物系半導体との親和性に優れるので、半導体を構成する材料系によって適宜選択することができる。
【００４９】
また、封止樹脂４０を形成することによって、透明導電材３０を外気から保護し、素子寿命を向上することができる。
封止樹脂４０の材料としては、低吸湿性、耐環境性に優れたエポキシ樹脂を用いることが好ましく、青色〜紫外発光の耐久性に優れたシリコン樹脂やポリカーボネートなどを用いることもできる。さらに、前記した材料の複数を積層して、封止樹脂としてもよい。
【００５０】
さらに、半導体発光装置上部の形状をドーム型としたので、青色発光ダイオード素子１０から放射された光が半導体発光装置２の上方に集光され、視認度を向上させることができる。
【００５１】
封止樹脂４０中に、例えば、１０μｍ径のＳｉ微粒子のごとき無機微粒子を分散させることによって、発光ダイオード素子１０から放射された光を乱反射し、ドーム型の半導体発光装置２の表面全体を均一に発光させて、視野角が広げることができる。
上記無機微粒子は、導電性を損失させなければ、透明導電材３０に分散させることもできる。
【００５２】
第３の実施形態
本発明の第３の実施形態の半導体発光装置は、例えば、赤色、緑色および青色発光ダイオード素子のごとき、複数の発光ダイオード素子が実装された半導体発光装置である。
図４は半導体発光装置３の斜視図を示す。なお、第１の実施形態の半導体発光装置と同じ構成要素については、図２と同じ符号を用いている。
半導体発光装置３は、絶縁分離された複数の第１の導電部を有するリードフレーム２０上に、赤色発光ダイオード素子１０ａ、緑色発光ダイオード素子１０ｂおよび青色発光ダイオード素子１０ｃを実装し、透明導電材３０で上記３つの発光ダイオード素子を封止することによって作製される。
【００５３】
発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの最表面には各々透光性のｎ型オーミック電極が形成され、透明導電材３０を介してリードフレーム支持部２０１上の第２の導電部２０３に共通して接続されている。
【００５４】
半導体発光装置３ａの第２の導電部２０３に通じるリード２０４ｃと、発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々のｐ型電極側が接続された複数の第１の導電部に通じるリード２０４ｄ、２０４ｅおよび２０４ｆとの間に電流を流すことによって、各発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃから、それぞれ赤、緑および青色の発光が得られ、これらを混色することにより任意の発光色を得ることができる。
【００５５】
すなわち、３つ以上の発光ダイオード素子を必要とする多色発光素子やダイオードアレイなどの発光装置の製造に本発明を適用すれば、各々の発光ダイオード素子へワイヤボンディングを行う必要がなく、製造プロセスが大幅に簡便化される。
また、赤色および緑色に比べて視感度が低い青色発光の光取り出し効率が向上するため、混色の際に各発光ダイオード素子の駆動電流差を小さくすることができ、したがって、混色の制御性に優れ、発光強度も向上する。
【００５６】
赤色発光ダイオード素子１０ａには、例えばＩｎＧａＡｌＰ系半導体発光素子を用いることができ、緑色発光ダイオード素子１０ｂおよび青色発光ダイオード素子１０ｃには、例えば発光層の組成によって発光波長が調製されたＧａＮ系半導体発光素子を用いることができる。また、各々の発光ダイオード素子をＧａＮ系またはＺｎＯ系の青色〜紫外発光ダイオード素子で構成し、各々の発光ダイオード素子の側面に蛍光体を積層することによって赤色および緑色の発光を得ることもできる。
【００５７】
【実施例】
実施例１
この実施例は、ＧａＮ系青色発光ダイオード素子を用いた第１の実施形態の半導体発光装置を説明する。図１は半導体発光装置１の斜視図を示し、図２はその断面図を示す。
この実施例において、３００μｍ角のＧａＮ系発光ダイオード素子１０をリードフレーム２０の上に実装し、さらに、該発光ダイオード素子１０を透明導電材３０で封止することによって半導体発光装置１ａを作製した。
【００５８】
まず、通常のＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、厚さ５００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０２、ノンドープＩｎＧａＮ量子井戸発光層１０３、厚さ５００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４、および厚さ１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０５を積層することによって、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０を作製した。
【００５９】
ノンドープＩｎＧａＮ量子井戸発光層１０３は、厚さ５ｎｍのＧａＮ障壁層１１層と厚さ５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層１０層とを交互に積層することによって形成されている。
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０５上には、厚さ２００ｎｍのＮｉオーミック電極層１０６および厚さ５００ｎｍのＡｕパッド電極１０７が２００μｍ角の面積で積層されている。
ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面には、厚さ２０ｎｍの透光性Ａｌオーミック電極１０８が積層されている。
【００６０】
リードフレーム２０を構成する支持部２０１の中央には、底部に第１の導電部２０２を有する２５０μｍ角の凹部が形成されている。
ＧａＮ系発光ダイオード素子１０は、Ａｕパッド電極１０７が第１の導電部２０２と相対するように支持部２０１上に載置され、Ａｕパッド電極１０７が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定されている。
【００６１】
さらに、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０の全体は、Ｌｉをドーピングしたポリアセチレンを含む透明導電材３０で覆われている。
リードフレーム支持部２０１上には同心円状の第２の導電部２０３が形成され、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０表面の透光性Ａｌオーミック電極１０８は、透明導電材３０を介して第２の導電部２０３と電気的に接続されている。
一方、Ａｕパッド電極１０７は、支持部２０１の中央に形成された凹部内部に挿入されているため、透明導電材３０から分離絶縁されている。
第１の導電部２０２および第２の導電部２０３は、リードフレーム支持部内において、各々電気的に分離絶縁されたリード２０４ａおよび２０４ｂに接続されている。
【００６２】
リード２０４ａおよび２０４ｂを介して半導体発光装置１ａに電流を流したところ、３．３Ｖの駆動電圧で２０ｍＡの電流が流れ、発光ピーク波長４２０ｎｍの青色発光が得られた。
【００６３】
比較のため、図５に示すように、透光性Ａｌオーミック電極１０８が第１の導電部２０２と相対するように、ＧａＮ系発光ダイオード素子１０を支持部２０１上に載置し、透光性Ａｌオーミック電極１０８が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定し、次いで、Ａｕパッド電極１０７をワイヤボンディングによる従来の方法を用いて第２の導電部２０３と電気的に接続することによって、半導体発光装置４ａを作製し、半導体発光装置１ａと同様にして発光させた。
その結果、半導体発光装置１ａは、半導体発光装置４ａと比べて、２倍高い発光強度の光が得られることが分った。
【００６４】
半導体発光装置１ａにおいて、発光ダイオード素子１０主面のｎ型透光性電極１０８の上にパッド電極を形成せずに、透明導電材３０を介してリードフレーム２０の第２の導電部２０３に電気的接続させているため、発光層から上方に向って放射された光が遮蔽されることなく取り出される。
また、ｐ型層側を下にしてリードフレーム２０に接続し、低抵抗化が可能なｎ型層側が光を取り出す主面になるように発光ダイオード素子１０を実装したので、素子表面で十分な電流広がりを確保できる。
さらに、電流広がりに乏しいｐ型層側の電極を透光性にする必要がなく、またｐ型電極上にはリードフレームとの電気的接触を確実に行う目的でパッド電極を設けても、光取り出しに何ら影響しない。
以上のことにより、半導体発光装置１ａは、従来の方法を用いて作製された半導体発光装置４ａと比較して、発光強度が向上したと考えられる。
【００６５】
実施例２
この実施例は、ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子を用いた第１の実施形態の半導体発光装置を説明する。
この実施例において、ＧａＮ系半導体材料からＺｎＯ系半導体材料に変更する以外は、半導体発光装置１ａと同様にして、３００μｍ角のＺｎＯ系発光ダイオード素子１０をリードフレーム２０の上に実装することによって半導体発光装置１ｂを作製した。
【００６６】
まず、通常のＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＺｎＯ基板１０１上に、厚さ５００ｎｍのｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層１０２、ノンドープＣｄＺｎＯ量子井戸発光層１０３、厚さ５００ｎｍのｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層１０４、および厚さ１μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層１０５を積層することによって、ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０を作製した。
【００６７】
ノンドープＣｄＺｎＯ量子井戸発光層１０３は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層１１層と厚さ５ｎｍのＣｄＺｎＯ井戸層１０層とを交互に積層することによって形成されている。
ｐ型ＺｎＯコンタクト層１０５上には、厚さ２００ｎｍのＮｉオーミック電極層１０６および厚さ５００ｎｍのＡｕパッド電極１０７が２００μｍ角の面積で積層されている。
ｎ型ＺｎＯ基板１０１の裏面には、厚さ２０ｎｍの透光性Ｔｉオーミック電極１０８が積層されている。
【００６８】
リードフレーム２０を構成する支持部２０１の中央には、底部に第１の導電部２０２を有する２５０μｍ角の凹部が形成されている。
ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０は、Ａｕパッド電極１０７が第１の導電部２０２と相対するように支持部２０１上に載置され、Ａｕパッド電極１０７が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定されている。
【００６９】
さらに、ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０の全体は、ＨＣｌＯ４をドーピングしたポリチオフェンを含む透明導電材３０で覆われている。
リードフレーム支持部２０１上には同心円状の第２の導電部２０３が形成され、ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０表面の透光性Ｔｉオーミック電極１０８は、透明導電材３０を介して第２の導電部２０３と電気的に接続されている。
一方、Ａｕパッド電極１０７は、支持部２０１の中央に形成された凹部内部に挿入されているため、透明導電材３０から分離絶縁されている。
第１の導電部２０２および第２の導電部２０３は、リードフレーム支持部内において、各々電気的に分離絶縁されたリード２０４ａおよび２０４ｂに接続されている。
【００７０】
リード２０４ａおよび２０４ｂを介して半導体発光装置１ｂに電流を流したところ、３．４Ｖの駆動電圧で２０ｍＡの電流が流れ、発光ピーク波長４１０ｎｍの青色発光が得られた。
【００７１】
比較のため、図５に示すように、透光性Ｔｉオーミック電極１０８が第１の導電部２０２と相対するように、ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０を支持部２０１上に載置し、透光性Ｔｉオーミック電極１０８が第１の導電部２０２と電気的に接続されるように、適当な導電材（Ａｇペースト、Ｉｎハンダなど）を用いてリードフレーム支持部２０１に固定し、次いで、Ａｕパッド電極１０７をワイヤボンディングによる従来の方法を用いて第２の導電部２０３と電気的に接続することによって、半導体発光装置４ｂを作製、半導体発光装置１ｂと同様にして発光させた。
その結果、半導体発光装置１ｂは、半導体発光装置４ｂと比べて、２倍高い発光強度の光が得られることが分った。
【００７２】
以上に示したように、本発明の半導体発光装置は、ＺｎＯ系半導体を用いた発光ダイオード素子を用いて構成しても、ＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオード素子を用いた場合と同様に、その効果を奏することができる。
【００７３】
実施例３
この実施例は、ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子を用いた第２の実施形態の半導体発光装置を説明する。図３は半導体発光装置２の構造を示す断面図を示す。なお、第１の実施形態の半導体発光装置と同じ構成要素については、図１および図２と同じ符号を用いている。
ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子１０の側面にＳｉＯ２を含む絶縁膜１０９を形成し、透明導電材３０の外側にエポキシ封止樹脂４０をモールドして、半導体発光装置の上部をドーム型に成形する以外は、半導体発光装置１ａと同様にして、半導体発光装置２ａを作製した。
【００７４】
透明導電材３０は、ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子１０の最表面に形成されたｎ型透光性オーミック電極１０８との接触面積が最も大きいため、素子側面のｎ型層とｐ型層が短絡することによって生じるリーク電流成分は少ないが、ＳｉＯ２絶縁膜の形成によりｎ型層とｐ型層が短絡するのが防止され、その結果、リーク電流成分がほぼ消失して、３．２Ｖの駆動電圧で２０ｍＡの電流が流れた。
また、エポキシ封止樹脂４０が透明導電材３０を外気から保護したため、素子寿命は実施形態１ａに比べて２倍に向上した。
さらに、半導体発光装置上部の形状をドーム型としたので、ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子１０から放射された光が半導体発光装置２ａの上方に集光され、視認度が向上した。
【００７５】
実施例４
この実施例において、エポキシ封止樹脂４０中に、１０μｍ径のＳｉ微粒子を分散させる以外は、半導体発光装置２ａと同様にして、半導体発光装置２ｂを作製した（図示せず）。
エポキシ封止樹脂４０中にＳｉ微粒子を分散させたので、ＺｎＯ系発光ダイオード素子１０から放射された光が乱反射され、ドーム型の半導体発光装置２の表面全体が均一に発光するようになり、視野角が広がった。
【００７６】
実施例５
この実施例は、ＺｎＯ系青色発光ダイオード素子を用いた第３の実施形態の半導体発光装置を説明する。図４は半導体発光装置３の斜視図を示す。なお、第１の実施形態の半導体発光装置と同じ構成要素については、図１および図２と同じ符号を用いている。
絶縁分離された複数の第１の導電部を有するリードフレーム２０上に、中心発光波長６２５ｎｍのＩｎＧａＡｌＰ系赤色発光ダイオード素子１０ａ、中心発光波長５５０ｎｍのＩｎＧａＮ系緑色発光ダイオード素子１０ｂおよび中心発光波長４５０ｎのＩｎＧａＮ系青色発光ダイオード素子１０ｃを実装し、ＡｓＦ５をドーピングしたポリフェニレンを含む透明導電材３０で上記３つの発光ダイオード素子を封止する以外は、半導体発光装置１ａと同様にして、半導体発光装置３ａを作製した。
【００７７】
発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの最表面には各々透光性のｎ型オーミック電極が形成され、透明導電材３０を介してリードフレーム支持部２０１上の第２の導電部２０３に共通して接続されている。
【００７８】
半導体発光装置３ａの第２の導電部２０３に通じるリード２０４ｃと、発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの各々のｐ型電極側が接続された複数の第１の導電部に通じるリード２０４ｄ、２０４ｅおよび２０４ｆの間に電流を流したところ、発光ダイオード素子１０ａ、１０ｂおよび１０ｃから、それぞれ赤、緑および青色の発光が得られ、これらを混色することにより任意の発光色を得ることができた。
【００７９】
この実施例で示したように、３つ以上の発光ダイオード素子を必要とする多色発光素子やダイオードアレイなどの発光装置の製造に本発明を適用すれば、各々の発光ダイオード素子へワイヤボンディングを行う必要がなく、製造プロセスが大幅に簡便化される。
また、赤および緑色に比べて視感度が低い青色発光素子の光取り出し効率が向上するため、混色の際に各発光ダイオード素子の駆動電流差を小さくすることができ、したがって、混色の制御性に優れ、発光強度も向上する。
【００８０】
【発明の効果】
第１の局面において、本発明の半導体発光装置によれば、半導体発光素子主面に形成された透光性電極を、透明導電材によって配線用支持部の第２の導電部に接続するようにしたので、発光を遮蔽吸収するボンディングパッド電極を設ける必要が無く、発光素子からの光取り出しが格段に向上する。また、ワイヤボンディングの必要が無いので、実装プロセスが簡略化される。よって、発光効率と生産性に優れた半導体発光装置を実現できる。
また、第２の局面において、本発明の半導体発光装置によれば、複数の半導体発光素子各々の一方の電極を、配線用支持部の導電部に個別に接続し、他方の透光性電極を共通電極として、透明導電材によってリードフレームの共通の導電部に接続するようにしたので、多数の発光素子を用いてアレイ状の発光装置を実現する場合の発光効率と生産性が向上する。よって、産業上の利用価値が高い発光ダイオードアレイやフルカラー発光素子などの半導体発光装置を簡便に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態の半導体発光装置の斜視図。
【図２】本発明による第１の実施形態の半導体発光装置の断面図。
【図３】本発明による第２の実施形態の半導体発光装置の断面図。
【図４】本発明による第３の実施形態の半導体発光装置の断面図。
【図５】従来の半導体発光装置の断面図。
【符号の説明】
１・・・半導体発光装置、
１０・・・発光ダイオード素子、
１０１・・・ｎ型基板、
１０２・・・ｎ型クラッド層、
１０３・・・量子井戸発光層、
１０４・・・ｐ型クラッド層、
１０５・・・ｐ型コンタクト層、
１０６・・・ｐ型電極、
１０７・・・パッド電極、
１０８・・・ｎ型電極、
１０９・・・絶縁膜、
１１０・・・ボンディングワイヤ、
２０・・・リードフレーム、
２０１・・・支持部、
２０２・・・第１の導電部、
２０３・・・第２の導電部、
２０４・・・リード、
３０・・・透明導電材、
４０・・・封止樹脂。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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