(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の素子基板と、
上記素子基板を覆うように上記素子基板上に形成されたｐ型半導体層及びｎ型半導体層の一方である第１半導体層と、
上記第１半導体層上に形成された第１電極層と、
他方の上記半導体層であるであるとともに、上記第１半導体層において、上記第１電極層の形成領域を除いた領域に形成され、上記第１半導体層との間で発光を行う第２半導体層と、
上記第２半導体層上に形成された第２電極層と、
上記第１電極層上に形成された１つの第１バンプと、
上記第２電極層上に形成された複数の第２バンプとを備え、
上記第１バンプ及び上記第２バンプのそれぞれが同一の形状にて形成されるとともに、一つの格子状に配列され、
上記第１バンプ及び上記それぞれの第２バンプのバンプ配置におけるその中心から最も離間された位置に配置されている上記第２バンプよりも、上記バンプ配置の中心に近い位置に上記第１バンプが配置されるように、上記第１電極層が形成されている半導体発光素子。
【請求項２】
上記第２電極層上において、上記それぞれの第２バンプが複数の配列を有するように形成され、
上記それぞれの配列における最外周に位置するそれぞれの上記第２バンプよりも内側に上記第１バンプが配置される請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上記バンプ配置の中心に上記第１バンプが配置される請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
上記第１電極層上に形成されたもう１つの第１バンプをさらに備え、
上記バンプ配置から最も離間された上記第２バンプよりも、上記バンプ配置の中心に近い位置に上記もう１つの第１バンプが配置される請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
上記第１半導体層における上記第１電極層の形成領域を除いた上記領域において、互いに独立した複数の上記第２半導体層が形成され、
上記それぞれの第２半導体層上に上記第２バンプが形成された上記第２電極層がそれぞれ形成される請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
上記第１電極層が、
上記第１バンプが形成されるバンプ形成部と、
上記バンプ形成部から上記それぞれの第２バンプの間において、上記第２半導体層及び上記第２電極層と接触することなく、上記第１半導体層の端部に向かって延在するように配置された帯状部とを備える請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
上記半導体発光素子における上記第１バンプと電気的に接続される第１電極部と、上記それぞれの第２バンプと電気的に接続される複数の第２電極部とが、上記それぞれのバンプ配置に対応する配置にて形成されるとともに、上記それぞれのバンプと電極部とが電気的に接続されるように、上記半導体発光素子が実装された回路基板とを備える半導体発光素子実装済み基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板にフリップチップ実装される半導体発光素子及び当該半導体発光素子が実装された回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と呼ぶ。）に代表される半導体発光素子のベアチップを回路基板上に多数実装して照明や表示装置等を製造する技術が利用されつつある。ＬＥＤのベアチップ（以下、「ＬＥＤチップ」と呼ぶ。）としては、例えば、０．３ｍｍ角の大きさのものが使用され、基板上の所定の領域に高密度にて実装される。
【０００３】
ここで、このような従来のＬＥＤチップについて、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す図面を用いて、その主要な構造について説明する。なお、図１１ＢはＬＥＤチップ５０１の模式底面図であり、図１１Ａは図１１ＢのＢ−Ｂ線の位置における断面の模式的な構造を示している。
【０００４】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、従来のＬＥＤチップ５０１は、例えば約０．３ｍｍ角の矩形形状を有する光透過性の素子基板５１１と、この素子基板５１１の図１１Ａにおける下面を覆うように形成されたｎ型半導体層５２１と、このｎ型半導体層５２１の上面に形成されてｎ型半導体層５２１との間で発光を行うｐ型半導体層５２２と、ｎ型半導体層５２１上に形成された薄膜であるｎ電極層５３１と、ｐ型半導体層上に形成された薄膜であるｐ電極層５３２とを備えている。また、それぞれの電極層５３１、５３２上には、図示しない回路基板との電気的な接続のためのバンプがそれぞれ形成されている。このような構成のＬＥＤチップ５０１は、いわゆる「青色ＬＥＤチップ」として機能するものであり、このような構成においては、ｎ電極層５３１の面積が、ｐ電極層５３２の面積に比して小さいという特徴を有している。そのため、図１１Ｂに示すように、それぞれの電極層において形成されるバンプの個数も異なり、ｎ電極層５３１には、例えば１個のｎバンプ５４１が形成され、ｐ電極層５３２には、例えば２個のｐバンプ５４２が形成されている。
【０００５】
このような構造を有する従来のＬＥＤチップ５０１は、それぞれのバンプ５４１、５４２が図示しない回路基板上に形成された電極パッドと電気的に接続されるように、例えばフリップチップ実装などの手段を用いて、上記回路基板上に実装され、回路基板より通電されることで、ＬＥＤチップ５０１が発光される。
【０００６】
また、このようなＬＥＤチップにおいては、その機能や特性を向上させるべく、例えばＬＥＤチップを均一に発光させるための様々な技術が開示されている。
【０００７】
例えば特許文献１では、発光ダイオード素子の表裏面にそれぞれ形成されたｐ電極およびｎ電極を複数に分割し、裏面のｎ電極をダイボンディングにより回路基板に接続するとともに表面のｐ電極をワイヤボンディングにより配線パターンに接続することにより、発光ダイオード素子内に流れる電流の分布の均一性を向上する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２では、ｎ型半導体層の上面にくし型状のｐ型半導体層を拡散により形成することにより、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との接合端（すなわち、両半導体層の接合面のエッジ）をＬＥＤチップの表面において複数回折り返し、これにより、発光面全体としての光出力分布の均一化を図る技術が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献３では、ＬＥＤチップの下面にｎ電極およびｐ電極を形成し、これらの電極を、異方性導電部材を介して回路基板に接合する技術が開示されている。これにより、ＬＥＤからの光がＬＥＤチップの上面において電極等により遮られることなく出射されるため、ＬＥＤチップの明るさが向上される。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１６３３９６号公報
【特許文献２】特開平４−２３９１８５号公報
【特許文献３】特開平９−８３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、大型のＬＥＤチップ（例えば、１ｍｍ角以上）の開発も進められている。このようなＬＥＤチップの大型化を進めるにあたっては、その発光強度の均一性を確保するために、ＬＥＤチップの下面に形成されたｎ電極およびｐ電極上に形成されるバンプを、チップの大きさに応じて増加させて、電流分布の均一化を図ることが必要となる。
【００１２】
一方、このようなＬＥＤチップの大型化に伴いバンプを増加させるような場合において、それぞれのバンプをどのように配置させるかという考え方は、従来においては何ら確率されていない。特にバンプの個数が増加するに従って、１個のＬＥＤチップに接続不良をなるバンプが含まれる可能性も増加することが考えられ、ＬＥＤチップの実装の信頼性を確保するための考え方も必要となる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、その発光強度の均一性や実装の信頼性を確保することができる大型化された半導体発光素子及び半導体発光素子実装済み基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、光透過性の素子基板と、
上記素子基板を覆うように上記素子基板上に形成されたｐ型半導体層及びｎ型半導体層の一方である第１半導体層と、
上記第１半導体層上に形成された第１電極層と、
他方の上記半導体層であるであるとともに、上記第１半導体層において、上記第１電極層の形成領域を除いた領域に形成され、上記第１半導体層との間で発光を行う第２半導体層と、
上記第２半導体層上に形成された第２電極層と、
上記第１電極層上に形成された１つの第１バンプと、
上記第２電極層上に形成された複数の第２バンプとを備え、
上記第１バンプ及び上記第２バンプのそれぞれが同一の形状にて形成されるとともに、一つの格子状に配列され、
上記第１バンプ及び上記それぞれの第２バンプのバンプ配置におけるその中心から最も離間された位置に配置されている上記第２バンプよりも、上記バンプ配置の中心に近い位置に上記第１バンプが配置されるように、上記第１電極層が形成されている半導体発光素子を提供する。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、上記第２電極層上において、上記それぞれの第２バンプが複数の配列を有するように形成され、
上記それぞれ配列における最外周に位置するそれぞれの上記第２バンプよりも内側に上記第１バンプが配置される第１態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００１７】
本発明の第３態様によれば、上記バンプ配置の中心に上記第１バンプが配置される第１態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００１８】
本発明の第４態様によれば、上記第１電極層上に形成されたもう１つの第１バンプをさらに備え、
上記バンプ配置から最も離間された上記第２バンプよりも、上記バンプ配置の中心に近い位置に上記もう１つの第１バンプが配置される第１態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００２０】
本発明の第５態様によれば、上記第１半導体層における上記第１電極層の形成領域を除いた上記領域において、互いに独立した複数の上記第２半導体層が形成され、
上記それぞれの第２半導体層上に上記第２バンプが形成された上記第２電極層がそれぞれ形成される第１態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００２５】
本発明の第６態様によれば、上記第１電極層が、
上記第１バンプが形成されるバンプ形成部と、
上記バンプ形成部から上記それぞれの第２バンプの間において、上記第２半導体層及び上記第２電極層と接触することなく、上記第１半導体層の端部に向かって延在するように配置された帯状部とを備える第１から第５態様のいずれか１つに記載の半導体発光素子を提供する。
【００２６】
本発明の第７態様によれば、第１から第６態様のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
上記半導体発光素子における上記第１バンプと電気的に接続される第１電極部と、上記それぞれの第２バンプと電気的に接続される複数の第２電極部とが、上記それぞれのバンプ配置に対応する配置にて形成されるとともに、上記それぞれのバンプと電極部とが電気的に接続されるように、上記半導体発光素子が実装された回路基板とを備える半導体発光素子実装済み基板を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、半導体発光素子の大型化に伴って、第１バンプよりもその個数が多くなるように多数の第２バンプを設けることで、電流分布を均一化して、発光強度の均一性を向上させることができる。さらに、上記第２バンプよりもその個数が少ない上記第１バンプの配置を、それぞれのバンプ配置の中心から最も離間された上記第２バンプよりも上記中心に近い位置とすることで、実装の際あるいは実装後において、上記第１バンプに生じる応力を、上記最も離間された上記第２バンプに生じる応力よりも低減させることができる。これにより、その個数が少ない上記第１バンプにおける接合不良の発生を抑制して、半導体発光素子における実装の信頼性を向上させることができる。従って、発光強度の均一性を向上させながら、その実装における信頼性を高めることができる大型化された半導体発光素子を具体的に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードを有するチップ状の半導体発光素子（以下、「ＬＥＤチップ」と呼ぶ。）１を示す模式縦断面図であり、図２はＬＥＤチップ１の模式底面図である。なお、図１は、図２に示すＬＥＤチップ１におけるＡ−Ａ線の断面を示している。
【００３０】
図１および図２に示すように、ＬＥＤチップ１は、例えば約１ｍｍ角の矩形形状を有するサファイアにて形成された光透過性の基板（チップ自体の基板であり、以下、「素子基板」と呼ぶ。）１１と、素子基板１１の図１における下面全体を覆うように形成された第１半導体層の一例であるｎ型半導体層１２１と、このｎ型半導体層１２１上に形成されてｎ型半導体層１２１との間で発光を行う第２半導体層の一例であるｐ型半導体層１２２と、ｎ型半導体層１２１上に形成された薄膜である第１電極層の一例であるｎ電極層１３１（符号１３３，１３４にて示す部位）と、ｐ型半導体層１２２上に形成された薄膜である第２電極層の一例であるｐ電極層１３２とを備える。なお、図１及び図２においては、ＬＥＤチップ１における主要な構成のみを示しており、ＬＥＤチップ１の各半導体層および各電極層の界面には必要に応じて非常に薄い他の層や膜が設けられる。
【００３１】
ｐ型半導体層１２２は、ｎ型半導体層１２１における所定の電極用領域（すなわち、第１電極層の形成領域）１２３を除いた領域上に形成され、ｎ型半導体層１２１の電極用領域１２３上にはｎ電極層１３１が形成される。ｎ電極層１３１は、ｎ型半導体層１２１のほぼ中央に位置する略矩形の領域１３３、および、この領域１３３からｐ電極層１３２の間を通って伸びる網目状の帯状部（あるいは線状部）１３４を備える。
【００３２】
ＬＥＤチップ１は、ｎ電極層１３１の領域１３３上に形成された第１バンプの一例である１個のｎバンプ１４１（以下、ｎ電極層１３１の領域１３３を、「バンプ形成部１３３」という。）、および、領域１３３の周囲においてｐ電極層１３２上に形成された第２バンプの一例である複数（好ましくは３個以上であり、本実施の形態では例えば２４個）のｐバンプ１４２をさらに備える。なお、図１および図２では、ｐバンプ１４２と区別するため、ｎバンプ１４１を太線にて描いている（図５、図６、図７、図９、及び図１０においても同様）。
【００３３】
図２に示すように、ｎバンプ１４１および複数のｐバンプ１４２は、略矩形形状を有するＬＥＤチップ１の下面において、縦横がそれぞれ５個のバンプにより構成される矩形となるように配列、すなわち５個×５個に格子状に配列されており、ｎバンプ１４１は、これら２５個のバンプの配列（以下、単に「バンプ配列（あるいはバンプ配置）」という。）の中心に位置するように配置される。バンプ配列の中心とは、複数のバンプ、すなわち５個×５個のバンプ群を一体物として見た場合の重心を意味する。このバンプ配列は中心から最も離れた位置に４つの角部Ｐ１を備え、この４つの角部Ｐ１には、ｐバンプ１４２がそれぞれ配置される。また、ｎ電極層１３１の帯状部１３４は、ｎ型半導体層１２１の略中央に位置されるバンプ形成部１３３から複数のｐバンプ１４２の間を通ってｎ型半導体層１２１の外周端部に向かって延在するように配置されるとともにｎ型半導体層１２１の周縁部全体に沿って配置される。なお、このように配置される帯状部１３４は、それぞれのｐバンプ１４２の間を通るように配置されるが、ｐバンプ１４２及びｐ電極層１３２との間で電気的導通が生じないように、所定の隙間が確保されている。
【００３４】
ＬＥＤチップ１が回路基板に実装される際には、ｎバンプ１４１およびｐバンプ１４２が形成された下面を回路基板の主面、すなわちＬＥＤチップ１と電気的に接続される電極が形成された面と対向させた状態で、ＬＥＤチップ１に超音波振動（または、熱）を付与しつつ回路基板に対して押圧することにより、これらのバンプが回路基板上の電極に金属接合されるとともに電気的に接続される（すなわち、回路基板にフリップチップ実装される）。なお、ＬＥＤチップ１のそれぞれのバンプと回路基板の電極とは、互いに直接的に接続されるような場合の他に、導電性材料等を介して間接的に接続されるような場合であってもよい。例えば、バンプと電極との間に異方導電性樹脂を介在させつつフリップチップ実装されてもよい。
【００３５】
このような構成を有する本第１実施形態のＬＥＤチップ１は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。例えば、成膜工程、エピタキシャル成長工程、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程、及びレジスト膜除去工程のそれぞれの工程を繰り返して行うことにより、素子基板１１に対して所望の材料を用いて、所望の厚み及び大きさを有する各種層（膜）を順次形成して、ＬＥＤチップ１を製造することができる。
【００３６】
なお、このような構成を有する本第１実施形態のＬＥＤチップ１は、例えば次に示すような材料を用いて構成することができる。素子基板１１としては厚さ８０μｍのサファイア基板が用いられ、ｎ型半導体層１２１としてはｎ−ＧａＮが用いられて厚さ５μｍに形成され、その表面に、ＧａＮ−ｐ、ＡｌＧａＮ−ｐ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、及びＡｌＧａＮ−ｎの複数層により厚さ５μｍのｐ型半導体層１２２が形成される。さらに、ｎ電極層１３１として、Ｔｉ、Ａｌ、及びパナジウムｖにより形成された複数の層の表面にさらにＡｕ層を形成することで、厚さ２μｍ程度の電極層が形成され、また、ｐ電極層１３２として、Ｔｉ及びＲｈにより形成された複数の層の表面にさらにＡｕ層を形成することで、厚さ１．５μｍ程度の電極層が形成される。なお、それぞれの電極層の表面には、Ａｕや半田等の導電性材料によりバンプが形成される。このように構成されるＬＥＤチップ１は、例えば平面的に１ｍｍ×１ｍｍの大きさ、及び９０μｍ程度の厚みを有する。また、それぞれのｐ型半導体層１２２及びｐ電極層１３２は、例えばその一辺が１２０〜１３０μｍ程度の正方形形状に形成される。
【００３７】
ところで、ＬＥＤチップのフリップチップ実装では、実装時の押圧力や熱等により回路基板が弾性変形し、実装後に回路基板の弾性変形に起因して（回路基板が元の形状に戻ることにより）バンプと回路基板の電極との間の接合部に応力が生じる。ＬＥＤチップが複数のバンプにより回路基板に接合されている場合には、実装後に接合部に生じる応力は、バンプの配列の中心よりも当該中心から離れた位置に配置された接合部において大きくなり、この応力により、ＬＥＤチップのバンプと回路基板の電極との間の金属接合が破断して接合不良（いわゆる、オープン不良）が生じることがある。
【００３８】
図１および図２に示すＬＥＤチップ１では、ｎバンプ１４１がバンプ配列の中心に位置されるように配置されていることにより、回路基板とｎバンプ１４１との接合部における実装後の応力が、その周囲（すなわち、回路基板と各ｐバンプ１４２との接合部）に比べて小さくなる。このように、ＬＥＤチップ１では、実装後の応力が最も生じにくい（あるいは、応力が生じた場合であっても、応力が最も小さくなる）バンプ配列の中心にｎバンプ１４１を配置することにより、ｎバンプ１４１における実装後の接合不良（すなわち、オープン不良）の発生を抑制することができる。そして、ｐバンプ１４２に比べて個数が少ないｎバンプ１４１における実装後の接合不良を抑制することにより、ＬＥＤチップ１の信頼性を向上することができる。
【００３９】
本第１実施形態のＬＥＤチップ１におけるこのような効果を、本第１実施形態に対する比較例にかかるＬＥＤチップ３０１と比較しながら、具体的に図面を用いて以下に説明する。
【００４０】
まず、比較例にかかるＬＥＤチップ３０１の主要な構成を示す模式断面図を図３Ａに示す。図３Ａに示すように、比較例のＬＥＤチップ３０１は、ｎ電極層１３１、ｐ電極層１３２、ｎバンプ１４１、及びｐバンプ１４２の配置が、本第１実施形態のＬＥＤチップ１とは異なるように構成されたものである。なお、ＬＥＤチップ１とＬＥＤチップ３０１とは、各構成部材の配置が異なっているのみであり、説明の理解を容易なものとするために、同じ構成部材には同じ参照符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４１】
図３Ａに示すように、比較例のＬＥＤチップ３０１は、その図示下面にｎ型半導体層１２１、ｐ型半導体層１２２、ｎ電極層１３１、ｐ電極層１３２、１個のｎバンプ１４１、及び複数個のｐバンプ１４２を備えており、回路基板２１の図示上面において、それぞれのバンプの配置と対応するように形成された電極３１及び３２に、ｎバンプ１４１及びそれぞれのｐバンプ１４２が電気的に接続されるように、ＬＥＤチップ３０１が回路基板２１に実装された状態となっている。１個のみ備えられているｎバンプ１４１は、図３Ａに示すように、それぞれのバンプ配列における角部Ｐ１に配置されている。このような構成の比較例にかかるＬＥＤチップ３０１は、上述したように、実装時の押圧力や熱等により回路基板２１が弾性変形し、実装後に回路基板が元の形状に戻ること等により、バンプと回路基板の電極との間の接合部に応力が生じる。この応力は、ＬＥＤチップ３０１の周縁部に向かう程大きくなるため、図３Ｂに示すように、角部Ｐ１（図示左側）に配置されているｎバンプ１４１と回路基板２１の電極３１との間の金属接合が破断して接合不良（図３Ｂにおいて符号Ｑにて示す箇所）が生じる場合がある。もう一方の角部Ｐ１（図示右側）に配置されているｐバンプ１４２と回路基板２１の電極３２との間の金属接合も、同様に破断して接合不良が生じる場合がある。このようにバンプの接合不良が発生した場合であっても、接合不良が生じたバンプが複数個備えられているうちの１個のｐバンプ１４２であれば、他のｐバンプ１４２の接続が維持されているので、ＬＥＤチップ３０１全体としての大きな機能低下が生じることは少ない。しかしながら、接続不良が生じたバンプが、ＬＥＤチップ３０１において１個しか備えられていないｎバンプ１４１であるような場合にあっては、ｎバンプ１４１に生じた接合不良が、ＬＥＤチップ３０１の機能不良へと直結することとなる。このような場合にあっては、大型化されたＬＥＤチップにおける実装の信頼性が著しく低下することになる。
【００４２】
これに対して、本第１実施形態のＬＥＤチップ１では、図４Ａに示すように、バンプ配列におけるそれぞれの角部Ｐ１にｐバンプ１４２が配置され、ｎバンプ１３１はバンプ配列の中心に位置されるように配置されている。そのため、例えば、図４Ｂに示すように、角部Ｐ１に配置されるｐバンプ１４２と回路基板２１の電極３２との間の金属接合が破断して接合不良（図４Ｂにおいて符号Ｒにて示す箇所）が生じたとしても、これらの接合不良は、他のｐバンプ１４２と電極３２との間の接合が維持されているので、ＬＥＤチップ１全体としての大幅な機能低下が生じることを抑制することができる。さらに、最も応力が生じ難い位置であるバンプ配列の中心にｎバンプ１４１が配置されているため、回路基板２１の変形等が生じても、ｎバンプ１４１と回路基板２１の電極３１との間の金属接合が破断され難い。従って、本第１実施形態のＬＥＤチップ１のように、比較的その個数が少ないｎバンプ１４１をバンプ配列の中心に配置させるように、それぞれのバンプの配置を決定することで、大型化されたＬＥＤチップ１における実装の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、ＬＥＤチップ１では、回路基板からｎバンプ１４１および複数のｐバンプ１４２を介してｎ電極層１３１とｐ電極層１３２との間に電流を与えることにより、ｎ型半導体層１２１とｐ型半導体層１２２との間で光が発生し、発生した光が光透過性の素子基板１１を透過して図１中の上方や側方へと出射される。ＬＥＤチップ１では、これらの層間における電流密度の分布が発光強度の分布に影響を与える。
【００４４】
そのため、ＬＥＤチップ１では、図２に示すように、ｎ電極層１３１の帯状部１３４が、ｎ型半導体層１２１の中央部上に位置するバンプ形成部１３３からｎ型半導体層１２１の周縁部に向かって広がり、ｐ電極層１３２の各ｐバンプ１４２が形成される領域の周囲の一部（または、全部）を囲んで設けられているため、ｎ電極層１３１とｐ電極層１３２との間の電流密度の分布の均一性を向上することができる。その結果、ｎ型半導体層１２１とｐ型半導体層１２２との間の発光強度の分布の均一性を向上することができる。特に、ＬＥＤチップが大型化されると、ｎ電極層１３１の面積に比してｐ電極層１３２が占める面積の割合が大きくなる傾向にあるため、従来構造のＬＥＤチップをそのままスケールアップするだけでは、その発光強度の分布が不均一になることが考えられるが、本第１実施形態のＬＥＤチップ１のように、帯状部１３４の配置を工夫することで、大型化されたＬＥＤチップにおける発光強度の分布の均一性を向上させることが可能となる。また、このような帯状部１３４の配置構成は、図２に示すように、ＬＥＤチップ１の中心に対して、対称の配置構成とされることが、発光強度の均一化のためには、特に好ましい。さらに、ｎバンプ１４１をバンプ配列の中心に位置させて、その中心に対して、それぞれのｐバンプ１４２を配置させた本第１実施形態の配置構成は、ＬＥＤチップ１における発光強度の均一化に好適である。
【００４５】
次に、本第１実施形態のＬＥＤチップの変形例について以下に説明する。
【００４６】
（第１変形例）
ｎバンプ１４１における実装後の接合不良の発生を抑制するという観点からは、ｎバンプ１４１を必ずしもバンプ配列の中心に位置されるように配置する必要はなく、例えば、図５に底面図にて示す第１の変形例にかかるＬＥＤチップ１ａのように、ｎバンプ１４１が、バンプ配列において最外周に位置するバンプ群（図５中で二点鎖線１５１，１５２に挟まれる領域に配置される１６個のｐバンプ１４２）よりも内側に配置されていればよい。ＬＥＤチップ１ａでは、ｎバンプ１４１が、ｎ型半導体層１２１の最も近接しているエッジからｎバンプ１４１の直径よりも大きい距離だけ内側に離間している。上述の最外周に位置するバンプ群全ての金属接合が破断されるという事態が生じることは考えられ難く、最外周のバンプ群においてバンプと電極との間の金属接合が維持されているバンプが存在することで、その内側の領域に配置されるバンプと電極との接合を保護することができ、ｎバンプ１４１に接合不良が発生することを抑制することができる。なお、本第１変形例においては、図５中の二点鎖線１５２にて囲まれた内側の領域が、ｎバンプ配置可能領域となっている。
【００４７】
（第２変形例）
次に、本第１実施形態の第２の変形例にかかるＬＥＤチップ１ｂの模式底面図を図６に示す。図６に示す第２変形例のＬＥＤチップ１ｂのように、ｎバンプ１４１は、バンプ配列の最外周のうち４つの角部Ｐ１を除いた位置に配置されてもよい。このように、ｎバンプ１４１が、バンプ配列の中心から最も離れたｐバンプ１４２（すなわち、４つの角部Ｐ１に配置された４つのｐバンプ１４２）よりもバンプ配列の中心に近い位置に配置されることにより、バンプ配列の中心から最も離れた位置（すなわち、角部）に配置される場合比べて、ｎバンプ１４１と回路基板との接合部に生じる応力を低減することができ、ｎバンプ１４１における実装後の接合不良の発生を抑制することができる。なお、本第２変形例においては、バンプ配列における４つの角部を除いた領域が、ｎバンプ配置可能領域となっている。
【００４８】
ただし、ｎバンプ１４１における実装後の接合不良をより確実に抑制するという観点からは、ｎバンプ１４１はバンプ配列の最外周に位置するバンプ群よりも内側に配置されることが好ましく、バンプ配列の中心に位置されるように配置されることがさらに好ましい。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる半導体発光素子の一例であるＬＥＤチップ１ｃについて、図７に示すＬＥＤチップ１ｃの模式底面図を用いて以下に説明する。図７に示すように、ＬＥＤチップ１ｃでは、ｎ電極層１３１に２つのバンプ形成部１３３が設けられ、２つのバンプ形成部１３３のそれぞれにｎバンプ１４１ａ，１４１ｂが形成される。すなわち、上記第１実施形態のＬＥＤチップ１においては、１個のみのｎバンプ１４１が設けられているのに対して、本第２実施形態のＬＥＤチップ１ｃでは、さらにもう１個のｎバンプが設けられている。なお、ＬＥＤチップ１ｃにおけるその他の構成は、図１および図２に示す上記第１実施形態のＬＥＤチップ１と同様であり、以下の説明においては同じ構成部材に同じ符号を付すことで、その説明を省略するものとする。
【００５０】
図７に示すように、ＬＥＤチップ１ｃでは、２個のｎバンプ１４１ａ，１４１ｂおよび２３個のｐバンプ１４２が、上記第１の実施形態のＬＥＤチップ１と同様に、縦横がそれぞれ５個のバンプにより構成される格子状かつ矩形状の配列となるように配置されている。一方のｎバンプ１４１ａ（以下、「第１ｎバンプ１４１ａ」という。）は、このバンプ配列の中心に位置されるように配置され、他方のｎバンプ１４１ｂ（以下、「第２ｎバンプ１４１ｂ」という。）は、第１ｎバンプ１４１ａに隣接して配置される。換言すれば、第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂは、バンプ配列において最外周に位置するバンプ群（図７中で二点鎖線１５１，１５２に挟まれる領域に配置される１６個のｐバンプ１４２）よりも内側に配置される。
【００５１】
バンプ配列は、上記第１の実施形態のＬＥＤチップ１におけるバンプ配列と同様に、中心から最も離れた位置に４つの角部Ｐ１を備え、４つの角部Ｐ１には、ｐバンプ１４２がそれぞれ配置される。また、ｎ電極層１３１は２つのバンプ形成部１３３から複数のｐバンプ１４２の間を通ってｎ型半導体層１２１の周縁部へと延在するように配置された網目状の帯状部１３４を備える。
【００５２】
ＬＥＤチップ１ｃでは、第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂが、バンプ配列の最外周のバンプ群よりも内側に配置されることにより、回路基板と両ｎバンプとの接合部における実装後の応力を低減することができ、第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂにおける実装後の接合不良の発生を抑制することができる。そして、ｐバンプ１４２に比べて個数が少ないｎバンプにおける実装後の接合不良を抑制することにより、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤチップ１ｃの実装における信頼性を向上することができる。
【００５３】
また、ＬＥＤチップ１ｃが回路基板にフリップチップ実装される場合には、ＬＥＤチップ１ｃのｎ電極層１３１と回路基板上の電極とが第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂを介して接合される。このため、万一、第１ｎバンプ１４１ａまたは第２ｎバンプ１４１ｂにおいて接合不良が発生した場合であっても、ｎ電極層１３１と回路基板との電気的接続を維持することができるため、ＬＥＤチップ１ｃの実装における信頼性をさらに向上することができる。
【００５４】
また、ＬＥＤチップ１ｃでは、上記第１実施形態のＬＥＤチップ１と同様に、ｎ電極層１３１の帯状部１３４が、ｐ電極層１３２の各ｐバンプ１４２が形成される領域の周囲の一部（または、全部）を囲むように配置されているため、ｎ電極層１３１とｐ電極層１３２との間の電流密度の分布の均一性を向上させることができる。その結果、大型化されたＬＥＤチップにおいて、実装における信頼性を向上させながら、ｎ型半導体層１２１とｐ型半導体層１２２（図１参照）との間の発光強度の分布の均一性を向上することができる。
【００５５】
なお、ＬＥＤチップ１ｃでは、第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂの一方、あるいは、両方が、バンプ配列の最外周のうち４つの角部Ｐ１を除いた位置に配置されてもよい。このように、両ｎバンプが、バンプ配列の中心から最も離れたｐバンプ１４２（すなわち、４つの角部Ｐ１に配置された４つのｐバンプ１４２）よりもバンプ配列の中心に近い位置に配置されることにより、バンプ配列の中心から最も離れた位置（すなわち、角部Ｐ１）に配置される場合比べて、両ｎバンプと回路基板との間の接合部に生じる応力を低減することができ、第１ｎバンプ１４１ａおよび第２ｎバンプ１４１ｂにおける実装後の接合不良の発生を抑制することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる半導体発光素子の一例であるＬＥＤチップ５１について、図８及び図９を用いて以下に説明する。なお、図９は、ＬＥＤチップ５１における模式部分底面図であり、図８は、図９のＬＥＤチップ５１におけるＣ−Ｃ線の模式部分断面図である。
【００５７】
図８及び図９に示すように、本第３実施形態のＬＥＤチップ５１においては、バンプ配列における角部Ｐ１に位置されるｐバンプ１４２ａが形成されているｐ電極層（角部側ｐ電極層）と、この角部Ｐ１のｐバンプ１４２ａに隣接されるそれぞれのｐバンプ１４２ｂが形成されてｐ電極層（隣接側ｐ電極層）とを、互いに連結して共通の一体的なｐ電極層１３２Ａとしているという点において、上記第１実施形態のＬＥＤチップ１とは異なる構成を有している。なお、それ以外の構成については、上記第１実施形態のＬＥＤチップ１と同じであるので、同じ構成部材については同じ参照符号を付してその説明を省略するものとする。
【００５８】
図９に示すように、ＬＥＤチップ５１において角部Ｐ１に配置されているｐバンプ１４２ａと、このｐバンプ１４２ａの図示上向き及び左向きにおいて隣接配置された２個のｐバンプ１４２ｂとは、平面的にＬ字形状を有するように一体的に形成された共通のｐ電極層１３２Ａ上に形成されている。なお、それ以外のｐ電極層１３２は、上記第１実施形態と同様に、バンプと電極層とが個別に対応するように形成されている。さらに、このようなＬ字形状のｐ電極層１３２Ａは、同様な形状を有する共通のｐ型半導体層１２２Ａ上に形成されている。
【００５９】
このような構成を有するＬＥＤチップ５１においては、例えば、角部Ｐ１に位置されているｐバンプ１４２ａと図示しない回路基板の電極との間の金属接合が破断されるような状態が生じても、隣接配置されるそれぞれのｐバンプ１４２ａと回路基板の電極との間の接合により、共通のｐ電極層１３２Ａへの電流の供給をバックアップすることができる。従って、接合不良が比較的生じる可能性が高い位置、すなわち角部Ｐ１にｐバンプ１４２ａを積極的に配置させながら、その接合不良が生じた場合におけるｐ電極層への電流供給のバックアップを確実に行うことができるため、大型化されたＬＥＤチップにおける実装の信頼性をさらに向上させることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態にかかるＬＥＤチップの下面上には、ｎバンプ１４１が３個以上形成されてもよい。ただし、ｐ型半導体層１２２とｎ型半導体層１２１との接合面積を増大してＬＥＤチップの発光強度を向上するという観点からは、ｎバンプ１４１の個数が過剰に多いことは好ましくないため、ｎバンプ１４１の個数は、ＬＥＤチップの発光強度および信頼性の向上の観点から適宜決定される。
【００６２】
また、ｎバンプ１４１が２個以上形成される場合、少なくとも１つのｎバンプ１４１がバンプ配列の中心から最も離れたｐバンプ１４２よりもバンプ配列の中心に近い位置に配置されることにより、当該ｎバンプ１４１における実装後の接合不良の発生を抑制することができ、ＬＥＤチップの信頼性を向上することができる。ＬＥＤチップの信頼性の更なる向上という観点からは、他のｎバンプ１４１もバンプ配列の中心に近い位置に配置されることが好ましいが、回路基板上の電極配置の都合等により、他のｎバンプ１４１は、必要に応じてバンプ配列の中心から最も離れた位置（すなわち、バンプ配列の角部）に配置されてもよい。
【００６３】
ＬＥＤチップでは、ｎバンプ１４１およびｐバンプ１４２は、必ずしも矩形状に配列される必要はなく、他の様々な形状のバンプ配列がＬＥＤチップの下面に形成されてもよい。バンプ配列が角部を特定できる形状である場合には、角部にはｐバンプ１４２が配置され、ｎバンプ１４１は角部を除く他の位置であってバンプ配列の中心から最も離れたｐバンプ１４２よりもバンプ配列の中心に近い位置に配置される。また、バンプ配列が最外周のバンプ群を特定できる形状である場合には、ｎバンプ１４１は、最外周のバンプ群よりも内側に配置されることが好ましく、バンプ配列の中心に位置されるように配置されることがさらに好ましい。
【００６４】
また、上述のそれぞれの実施形態の説明においては、素子基板の下面上にｎ型半導体層が形成され、このｎ型半導体層における所定の電極用領域を除いた領域上にｐ型半導体層が形成されるいわゆる「青色ＬＥＤチップ」として機能するものであるが、本発明はこのような場合についてのみ限定されるものではない。例えば、いわゆる「赤色ＬＥＤチップ」の構造に本発明の構成を適用することもできる。具体的には、図１０の模式断面図に示す半導体発光素子の一例であるＬＥＤチップ７１においては、素子基板１１の図示下面に第１半導体層の一例であるｐ型半導体層２２１がその下面全体を覆うように配置され、さらにこのｐ型半導体層２２１の所定の電極用領域を除いた領域上に第２半導体層の一例であるｎ型半導体層２２２が形成され、上記電極領域において第１電極層の一例であるｐ電極層２３１が、ｎ型半導体層２２２上に第２電極層の一例であるｎ電極層２３２が形成されている。さらに、ｐ電極層２３１におけるバンプ形成部２３３には第１バンプの一例であるｐバンプ２４１が形成され、ｎ電極層２３２には、第２バンプの一例である複数のｎバンプ２４２が形成されている。このような構成のＬＥＤチップ７１において、１個のみ設けられるｐバンプ２４１は、バンプ配列の中心から最も離れたｎバンプ２４２よりもバンプ配列の中心に近い位置に配置、例えばバンプ配列の中心に位置するように配置される。このようなバンプ配置構成を採用することで、大型化された「赤色ＬＥＤチップ」においても、実装における信頼性を高めることができる。なお、赤色ＬＥＤチップにおける各構成部材は、上述したような青色ＬＥＤチップの各構成部材とはその材料等において相違するものの、その大きさ等については同様な考え方で構成することができる。
【００６５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００６６】
本発明の半導体発光素子は、大型化を実現しながら、具体的にその実装における信頼性を向上させるとともに、発光強度の分布の均一性の向上を達成するものであるので、より大きな発光面積が要求されるような機器、例えば、自動車用ヘッドライト、従来の蛍光灯に相当するようなＬＥＤ照明、さらに大型液晶装置におけるバックライト等に適用することができ有用である。
【００６７】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【００６８】
２００５年７月１５日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００５−２０６４２１号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかるＬＥＤチップの模式断面図である。
【図２】図２は、上記第１実施形態のＬＥＤチップの模式底面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上記第１実施形態のＬＥＤチップの比較例にかかるＬＥＤチップが回路基板に実装されている状態を示す模式断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの比較例のＬＥＤチップにおいて、角部に配置されているバンプに接合不良が生じた状態を示す模式断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のＬＥＤチップが回路基板に実装されている状態を示す模式断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＬＥＤチップにおいて、角部に配置されているバンプに接合不良が生じた状態を示す模式断面図である。
【図５】図５は、上記第１実施形態の第１の変形例にかかるＬＥＤチップの模式底面図である。
【図６】図６は、上記第１実施形態の第２の変形例にかかるＬＥＤチップの模式底面図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態にかかるＬＥＤチップの模式底面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態にかかるＬＥＤチップの模式部分断面図である。
【図９】図９は、図８のＬＥＤチップの模式部分底面図である。
【図１０】図１０は、上記第１実施形態の変形例にかかるＬＥＤチップの模式断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、従来のＬＥＤチップの模式断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、従来のＬＥＤチップの模式底面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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