(57)【要約】【課題】電力−光変換効率および光の波長変換効率の両方に優れていて、かつ発光を外部に効率的に取り出すことができ、かつ、製作の工程が簡便である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び蛍光体を用いたＬＥＤパッケージを提供することである。【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極、例えばｐ極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極例えばｎ極とリードフレームの接続を非ワイヤ接続としたものである。  上記で非ワイヤ接続としては、基板を除去して露出させた半導体層上に形成した電極とリードフレームとの接合、基板に半導体層に達する孔等の欠落部を設け、該欠落部に導電体の充填、あるいは発光層を挟んで一方の電極と反対側の半導体層の側面とリードフレームとを導電体で接続することが挙げられる。【選択図】  図１
2007067184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を非ワイヤ接続とした、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項２】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、基板を除去して露出させた半導体層上に形成した電極とリードフレームとを接合して行う、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、絶縁性基板に半導体層に達する欠落部を設け、該欠落部に充填した導電体により、前記半導体層と電極とを導通させると共に、該電極をリードフレームに接続することを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
上記欠落部が穿孔である請求項３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、発光層を挟んで前記一方の電極と反対側の半導体層の側面とリードフレームとを導電体で接続して行う、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の成長に用いられた基板が、サファイアなどの絶縁性基板、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体基板、またはＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3などの導電性基板からなる群から選ばれたものである請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、１μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、１０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、２００μｍ角〜５ｍｍ角であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、２００μｍ角〜２ｍｍ角であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１２】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、５００μｍ角〜２ｍｍ角であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１３】
蛍光体が、ＹＡＧ、ＴＡＧ、ＢＡＭ、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）、シリケートからなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１４】
蛍光体が、樹脂に分散して発光素子に備わっている請求項１〜１３のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１５】
樹脂が、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であるである請求項１４に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１６】
樹脂で封止した請求項１〜１５のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１７】
封止樹脂が、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１８】
ＬＥＤパッケージが、白色に発光する請求項１〜１７のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び蛍光体を用いて、電力−光変換効率と光の波長変換効率に優れ、発光を外部に効率的に取り出すことができ、かつ、製作の工程が簡便である白色光用等のＬＥＤパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やIII−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
ＧａＮ系化合物半導体材料を用いた発光素子においては、基板として広く用いられているサファイアが絶縁性であることより、ｎ極とｐ極の両方の電極を同じ面に形成する構造とすることが多かった。
【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体材料の特性として、短波長の光を効率良く出力できる点がある。このような特徴を利用して、高出力の青色ＬＥＤや紫外ＬＥＤが作製されてきた。また、短波長の光を励起光源として用い、波長を変換することで、更に長い波長の発光を得ることができる。この性質を利用して、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子チップを用い、この光を蛍光体に当てることで波長を変換する技術が広く用いられている。
【０００４】
２つの電極を同じ面に形成した素子構造では、それをリードフレームに接続するためのワイヤも２本となる。しかしながら、多くの場合ワイヤの材質として利用されるＡｕは、短波長の光を吸収してしまい、発光の波長変換の効率を下げることが言われている。（特許文献１参照）
【０００５】
一方、ＳｉＣなどの導電性の基板を用いた素子も存在しており、素子の一つの面と、相対するもう一方の面の両方に電極を持つ構造（上下電極構造と呼ぶ）が実現している。（特許文献２参照）この場合には接続のためのワイヤは１本である。
しかしながらＳｉＣ基板を残したままのチップからの発光で蛍光体を励起しようとした場合、蛍光体を励起できるような短波長の光に対してＳｉＣの透過率が低いため、基板に吸収されて発光が良好に取り出せないという問題点がある。
【０００６】
サファイア基板上の積層構造体を用いて上下電極を実現する方法として、一つにはｎ層の側面に電極を作製する方法（特許文献３参照）や、サファイアに孔を穿ち、裏面側からｎ電極の導通を取る方法（特許文献４参照）も提案されている。更に、近年では、サファイア基板を剥離することにより、窒化ガリウム結晶の表面とは反対側の層を露出させ、ここに電極を形成することによって上下電極構造を実現する技術も開発されている。
しかしながら、これらの先行技術の中には、蛍光体を含んだ樹脂との組み合わせについては論じられていない。
【特許文献１】特開平１０−５６２０８
【特許文献２】特表平１０−５０６２３４、他
【特許文献３】特開平２−８１４８４
【特許文献４】特開平１１−３１８４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サファイア基板などの基板を用いた従来の素子では、ｎ、ｐ両方の電極を同じ面に作製し、２本の金線でリードフレームに接続するマウント方法が取られてきた。しかし、２本の金線を用いると金線によるチップからの発光が吸収されてしまい、チップの発光を有効に使えない。特に、蛍光体を含んだ領域をチップ周辺に形成してこれをチップからの発光でこれを励起して波長を変換するような構造をとると、金線に吸収される励起光の影響は無視できない。
一方、フリップチップと呼ばれる、基板側を上に向けて電極をバンプや半田でマウントするチップも公開されているが、このチップのマウントは工程数が、多く簡便でない。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、電力−光変換効率および光の波長変換効率の両方に優れていて、かつ発光を外部に効率的に取り出すことができ、かつ、製作の工程が簡便である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び蛍光体を用いたＬＥＤパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、下記の発明からなる。
（１）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を非ワイヤ接続とした、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
（２）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、基板を除去して露出させた半導体層上に形成した電極とリードフレームとを接合して行う、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【０００９】
（３）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、絶縁性基板に半導体層に達する欠落部を設け、該欠落部に充填した導電体により、前記半導体層と電極とを導通させると共に、該電極をリードフレームに接続することを特徴とするＬＥＤパッケージ。
（４）上記欠落部が穿孔である上記（３）に記載のＬＥＤパッケージ。
（５）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子及び蛍光体を備えたＬＥＤパッケージにおいて、発光素子の一方の電極とリードフレームの接続をワイヤで行い、他方の電極とリードフレームの接続を、発光層を挟んで前記一方の電極と反対側の半導体層の側面とリードフレームとを導電体で接続して行う、ことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
【００１０】
（６）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の成長に用いられた基板が、サファイアなどの絶縁性基板、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体基板、またはＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3などの導電性基板からなる群から選ばれたものである上記（１）〜（５）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（７）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、１μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（８）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（９）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の厚みが、１０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【００１１】
（１０）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、２００μｍ角〜５ｍｍ角であることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１１）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、２００μｍ角〜２ｍｍ角であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１２）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体の大きさ（層平面）が、５００μｍ角〜２ｍｍ角であることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１３）蛍光体が、ＹＡＧ、ＴＡＧ、ＢＡＭ、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）、シリケートからなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）〜（１２）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【００１２】
（１４）蛍光体が、樹脂に分散して発光素子に備わっている上記（１）〜（１３）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１５）樹脂が、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であるである上記（１４）に記載のＬＥＤパッケージ。
（１６）樹脂で封止した上記（１）〜（１５）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１７）封止樹脂が、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする上記（１）〜（１６）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
（１８）ＬＥＤパッケージが、白色に発光する上記（１）〜（１７）のいずれかに記載のＬＥＤパッケージ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、上下電極タイプと呼ばれる、ｐ電極とｎ電極が相対する面に形成された構造を持つ発光素子を含んだ白色用等のＬＥＤパッケージである。電極を上下電極とすることで接続のためのワイヤを１本にすることができるので、素子からの発光を高い効率で蛍光体に照射することができる。また、１ワイヤとすることで、フリップチップ実装に比較して素子の実装の簡便性が増し、また、基板に素子の発光波長に対して透過率の良い材料を使用する、または基板を取り除いた構造とするため、基板による発光の吸収がない利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
図１に、本発明の実施形態の第１の例を示す。半導体積層体１は、ｐコンタクト層及びｐクラッド層からなるｐ型層１３、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造からなる活性層１４、ｎクラッド層及びｎコンタクト層からなるｎ型層１５からなっている。成長に用いたサファイア基板を除去し、露出したｎコンタクト層に他方の金属電極１６を設け、ｐ側に一方の透明電極１１を形成した。透明材料電極はＺｎＯ、金属電極はＡｌ／Ｔｉ／Ａｕとした。１２はボンディングパッドである。他方の金属電極はフレームリードフレーム２２のｎ側リードに接続した。２１は金線で、これにより一方の電極をリードフレーム２２のｐ側リードに接続した。          
【００１５】
図２に、本発明の実施形態の第２の例を示す。半導体積層体１は、ｐコンタクト層及びｐクラッド層からなるｐ型層１３、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造からなる活性層１４、ｎクラッド層及びｎコンタクト層からなるｎ型層１５からなっている。成長に用いたサファイア基板１７には、ウェットエッチングによってｎ型コンタクトに達する欠落部、例えば孔１８が穿たれる。基板には他方の金属電極１６が接合されている。穿孔により露出したｎコンタクト層と金属電極１６とを穿孔に導電体を充填することにより、導通させる。その金属電極をリードフレーム２２の配線部に接続する。ｐ側に一方の透明電極１１を形成した。欠落部は半導体層の周辺部に設けることもできる。金属電極及び透明電極とリードフレームの接続は上記と同様である。透明材料電極はＩＴＯ、金属電極はＣｒ／Ｔｉ／Ａｕとした。１２はボンディングパッドである。
【００１６】
図３に、本発明の実施形態の第３の例を示す。半導体積層体等の構成は上記例と同様である。成長に用いたサファイア基板１７には加工がなされておらず、ドライエッチングによって露出したｎコンタクト層の側面に銀ペーストによる金属電極１９を設けた。、ｐ側に透明電極１１を形成した。透明材料電極はＰｔとＡｕの薄膜の積層構造、金属電極はＴｉ／Ａｕとした。
本発明において透明電極等における透明あるいは透光性とは、３００〜７００ｎｍの波長領域における光に対して透光性であることを意味する。
【００１７】
以下上記の実施形態について更に説明する。
半導体結晶積層構造体は、ｐ層とｎ層との間に発光層を積層した、一般的な素子構造であることが望ましい。結晶成長に用いられる基板としては、サファイアなどの絶縁性基板、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体、またはＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3などの導電性基板が使用される。
結晶成長用の基板として導電性基板が使われているときには、成長に用いた基板に直接電極を形成することができるが、ＳｉＣ、Ｓｉなどの基板は短波長の光の吸収が大きく、チップからの励起光を効率的に取り出すことができない。
【００１８】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造の成長のための基板としては、サファイアなどの絶縁性の基板が一般的であり、この場合にはサファイア基板に電極を形成することはできない。その場合には、第１の実施形態である窒化ガリウム系化合物結晶とサファイア基板との界面で基板を除去することができる。基板の除去の方法としては、エキシマーレーザや二酸化炭素レーザなどの高出力のレーザ光をサファイア面から照射し、界面に熱を発生させて基板を剥離する方法や、化学研磨などの方法でサファイアを削り取る方法などを用いることができる。
あるいは、第２実施形態である絶縁性の基板に半導体層にまで達する孔を穿ち、この孔に金属電極を形成することで導通をとっても良い。孔を開ける方法としては、化学研磨などの方法のほか、パターニングと湿式エッチングによって絶縁性の基板を溶かす方法を取ることもできる。
【００１９】
２本のワイヤを用いることによる課題は既に述べた。本来ならば、１本のワイヤも用いずに両方の電極をバンプや半田で接続することで、この課題を回避することができるが、マウント工程が複雑となる。
１本のワイヤで接続する上下電極とすることで、マウント工程でチップを裏返す工程が不用となる、位置が多少ずれてもワイヤで接続が可能となる、など、工程が非常に簡便になる。
２本のワイヤで接続する場合に比べて、短波長光の吸収が半分に抑えられているので、ワイヤは一般的に用いられている金製のものを用いてよい。しかし、短波長光の吸収をさらに抑制する目的で、Ａｌのワイヤや、金のワイヤの外側に反射率の高い金属を付けたワイヤを用いることが、より望ましい。
【００２０】
基板に孔を穿ったｎ電極の接続や、基板を剥離しての接続など、一方の面と相対する面とに電極を形成することにより、同じ面に両方の電極を形成する構造と比較して電流の経路の断面積を増加させることができて、電圧の低下を図ることができるので、より望ましい。電圧が低いチップにおいては、発熱の量をより抑えられるので、エージングによる劣化の抑制の効果もある。
上下の電極を採用するほかに、１本のワイヤでチップをリードフレームに接続する方法として、第３の実施形態であるｎ層の側面に電極を接触させる方法を取ることができる。この場合は、チップを分割後にｎ層側面への電極形成を行う必要がある。電極形成の方法としては、特許文献３に挙げられた側面への蒸着法など、一般的な方法を問題なく使用することができる。更に一例を挙げると、ｐ層の面を完全に保護膜で覆っておき、チップを銀ペーストなどに浸して側面に接触させても良い。
【００２１】
リードフレームとｎ電極の接続は、バンプ、半田、などの方法で行うことが望ましい。放熱性を良くする為には、リードフレームの材料は熱導電性の良い材料であることが望ましい。例えば、セラミック基盤にＡｌ、Ｃｕなどのリードを配置したものである。その他、セラミックに配線をプリントしたものを用いても構わない。リードフレームの実装面以外の部分に、放熱のためのフィン構造などを作りこんでも良い。
【００２２】
半導体の積層体（チップ）の厚みは薄い方が駆動電圧に寄与するオーミック成分が小さくなって望ましいが、薄すぎてもハンドリング性が悪くなる。１μｍから１０００μｍ程度であることが望ましく、５μｍから１００μｍ程度であればなお良い。更に望ましくは、１０μｍから５０μｍ程度である。
チップ（積層体の平面）の大きさも、大きいほうが駆動電圧に寄与するオーミック成分を低減することが可能である。２００μｍ角〜５ｍｍ角の大きさであることが望ましく、更に望ましくは２００μｍ〜２ｍｍ角、５００μｍ角〜２ｍｍ角であることがなお良い。
【００２３】
ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層は各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。
それらを構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２４】
金線でボンディングされる電極は、この方向へ光を取り出す目的で、透光性の電極とするか、ボンディング電極のみの構造とすることが望ましい。
透明電極を採用する場合、金属の薄膜や導電性酸化物を使用することができる。例えば、ＩＴＯ、酸化アルミニウム亜鉛、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン、硫化亜鉛、酸化ビスマス、酸化マグネシウムなど、あるいは、アルミニウム、ニッケル、チタン、金、銀、クロムなどの薄膜を使用することができる。一例を挙げると、半導体側からＡｕ，ＮｉＯの２層構造や、Ｐｔ、Ａｕの２層構造などの金属からなる層構造、あるいは、ＩＴＯなどの導電性酸化物を使用することも可能である。
本発明において、リードフレームは絶縁性基盤にｎ極、ｐ極接続用のリードを形成したもの、或いは絶縁性基盤にｎ極、ｐ極接続用の配線を施したものである。
【００２５】
透明電極に電流を供給するためのボンディングパッドとしては、既知の材料、構造を用いることができる。
ボンディングパッドは多層にすることが多いが、その際最下面の材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、あるいはＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ等の白金族金属、Ａｇ、およびこれらの金属の少なくも一種を含む合金である。なかでも、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金は、電極用の材料として一般的であり、入手のし易さ、取り扱いの容易さなどの点から、優れている。
更に、ボンディングパッド電極の最下層の上に形成される層には、ボンディングパッド電極全体の強度を強化する役割がある。このため、比較的強固な金属材料を使用するか、充分に膜厚を厚くする必要がある。材料として望ましいのは、Ｔｉ、ＣｒまたはＡｌである。中でも、Ｔｉは材料の強度の点で望ましい。このような機能を付与した場合、この層をバリア層と呼ぶ。
【００２６】
ボンディングパッド電極の最上層はボンディングボールとの密着性の良い材料とすることが望ましい。ボンディングボールには金を使用することが多く、金ボールとの密着性の良い金属としてはＡｕとＡｌが知られている。中でも、特に望ましいのは金である。この最上層の厚さは５０〜１０００ｎｍが望ましく、更に望ましくは１００〜５００ｎｍである。薄すぎるとボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
ボンディングパッドのみの電極を採用する場合でも、上記に列挙したような金属材料を問題なく使用できる。半導体との接続強度の強い材料を選ぶことが望ましいことは、言うまでもない。
また、ボンディングパッドのみの構造とした場合、電極の形成されていない面に粗面化処理を施し、光の取り出しの面積を増大させることが望ましい。
【００２７】
上記の基板を剥離した構造や、基板に孔を穿った構造のチップのｎ面に形成する電極１６の材料は、電気的に良好なコンタクトを取ることができるように、適切に選ぶ必要がある。例えば、ｎ型の窒化ガリウムに電極を形成する場合にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒなどが望ましく、ｐ型の窒化ガリウムの場合にはＮｉ、Ａｕ、Ｐｔなどが望ましい。金属電極は、ｎ型窒化ガリウム側で良好な接触を実現することができるため、ｎ側に形成することが望ましい。図１、図２の例はＴｉ／Ａｕの２層構造である。
一方で、ｎ電極の材料が、発光される光の波長において高い反射率を有することが望ましい。この観点から、半導体に接触する金属としてはＡｌが優れている。金属電極の形成は、スパッタ、蒸着、めっきなど、既存の方法を使うことができる。その他穿孔中には半田などを詰め込むことも出来る。
【００２８】
側面電極を採用した場合でも、上記の金属材料を問題なく用いることができる。
その他、ｎ側面に蒸着以外の方法で電極を形成するには、銀ペーストや半田など、液体を付着させて固化させる方法を採用しても良い。この方法を採用すると、ｎ側面の一面のみではなく全面を覆うことが可能であるので、より広い面積の接触を図ることが可能である。
【００２９】
発光素子から白色光を得るためには、チップからの発光を励起光として、異なる波長の光を発光する蛍光体を樹脂中に含ませて分散させることが一般的である。蛍光体の分布としては、チップにできるだけ近い領域にある方が望ましいが、このような分散は、蛍光体の沈降によって意図しなくとも自然に得ることが可能である。しかしながら、どうしてもチップから離れた位置にも蛍光体は分散してしまうが、本発明はこのような分散となった場合でも励起光を無駄なく蛍光体に照射することが可能である。
【００３０】
波長の変換を利用する技術としては、窒化ガリウム系発光素子からの青色の光を黄色を発光する蛍光体に照射して発光させ、青色と黄色とを混色して白色の光を得る技術、或いは窒化ガリウム系発光素子から紫外線を発光させ、その光を赤色、緑色、青色を発光する蛍光体に照射して発光させ、白色を得る技術などがある。また、それ以外にも、窒化ガリウム系発光素子からの青色の光を赤色の光を発光する蛍光体に照射し、青色と赤色とを混色してピンク色の発光を得たり、窒化ガリウム発光素子からの紫外線を緑色の光を発光する蛍光体に照射して緑色を得る技術などがある。
【００３１】
本発明において、蛍光体は既存のものを制限なく使用することができる。一例を挙げれば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＴＡＧ（Ｔｅｒｂｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＢＡＭ（Ｂａｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）、シリケートなどである。
これらの蛍光体は例えば樹脂に分散させて図示のように発光素子を覆うように形成される。樹脂としては（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などが好ましい。。最も望ましいのは、シリコーン樹脂である。
【００３２】
さらに素子全体が樹脂により封止される。封止するための樹脂としては、温度、湿度などに対する耐久性が高いことは言うまでもなく、それに加えて窒化ガリウム系材料からの短波長領域の発光に対する劣化も小さいことが望まれる。また、固化する際の変形や体積変化は少ない方が良い。そのような観点から、上記と同様に、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などが望ましい。
【００３３】
上記の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などIII族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）、III族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ4）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）を用いる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
図１は本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示す模式図である。半導体積層構造は、サファイアからなる基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層したあと、レーザ剥離機を用いて、サファイア基板を剥離した。窒化ガリウム系化合物半導体層は、厚さ１０μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層と厚さ０．０２μｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層とかなるｎ型層１５、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１４、および厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層からなるｐ型層１３からなっている。
ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極層１１および、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ５層構造（厚さはそれぞれ５０／２０／１０／１００／２００ｎｍ）のボンディングパッド１２よりなる正極を形成した。ｎ型ＧａＮコンタクト層には、Ｔｉ／Ａｕの二層構造の負極１６を形成した。光取り出し面はＩＴＯ電極側とした。
【００３６】
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０17ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０19ｃｍ-3であった。
このチップを用いて、トップパッケージと呼ばれるパッケージを作製した。リードフレーム２２にチップのｎ電極１６を下にして半田でチップを固定し、同時に導通を取った。更に、上面にあるボンディングパッド１２に金線２１でワイヤボンディングした。このフレームにシリケート蛍光体を含むガラスエポキシ樹脂２４を注入して熱処理を行って固化させた。更に、何も含まないガラスエポキシ２５で全体を封止した。
【００３７】
窒化ガリウム系化合物半導体層の積層（図１の１３〜１５）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。また、正極および負極は次の手順で形成した。
初めに、サファイア基板の裏面を研磨して透明にしておき、エキシマーレーザをスキャンして照射することにより、サファイア基板とＧａＮ層の間で熱を生じさせ、サファイア基板を剥離した。剥離を行う前にｐ層面には支持するためのＳｉ基板を接着しておいた。
【００３８】
次に、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を以下の手順により形成した。露出したｎ型層上に、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にＣｒが１μｍ、Ｔｉが１００μｍ、Ａｕが１μｍよりなる負極を形成した。
ｎ側に電極膜を形成した後、接着剤を溶剤で溶かすことによりＳｉ基板を分離した。これ以降は、ｎ電極膜で基板の形状を保持してハンドリングを行った。
次に、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、ＩＴＯからなるコンタクトメタル層を形成した。コンタクトメタル層の形成では、基板を真空スパッタ装置内に導入し、ＩＴＯ膜を５００ｎｍ積層した。その後、ＩＴＯ上にＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ５層構造（厚さはそれぞれ５０／２０／１０／１００／２００ｎｍ）のボンディングパッドを形成した。
【００３９】
このようにして正極および負極を形成したウエーハを、ダイサを用いてｎ電極側から切断し、３５０μｍ角のチップに分離した。続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ２．９５Ｖであった。
その後、このチップを実装した。ｎ電極面上にＡｕＳｎからなる共晶半田ペーストを塗布して、裏面から金属製の配線がパターニングされたアルミナ製のセラミック基盤を載せ配線の負極部と接続し、リフロー炉の中で加熱し、チップをリードフレームに固定した。
【００４０】
更に、上面にあるＩＴＯ電極上のボンディングパッドに金線を用いてワイヤボンドを行った。そのワイヤの他方を配線の正極部に接続した。
その後、シリケート蛍光体を含むガラスエポキシ樹脂を注入し、１５０度のアニール炉中で６時間保持し、固化させた。固化中に蛍光体の沈降が発生し、蛍光体の分布はよりチップに近い領域に多い分布となった。
予め実験によって、蛍光体の量は、パッケージに含まれるＬＥＤから光による励起によって白色を呈するように測っておいた。
更に、このうえに何も含まない透明のガラスエポキシ樹脂を注入し、成型してＬＥＤパッケージとした。
以上の操作により、図１に断面図を示すような構造を持つＬＥＤパッケージを作製した。配線に電流を通じることでチップは白色に発光した。駆動電圧は３．０Ｖであり、発光の効率は、７０ｌｍ／Ｗと良好であった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、サファイア基板１７に穿孔１８してｎ電極１５を導通させたチップを使用し、蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ、樹脂としてシリコーン系樹脂を用いたほかは、殆どの工程を実施例１と同一として、図２に断面を示すようなＬＥＤパッケージを作製した。
孔１８には蒸着法によってＡｌのコンタクト層を形成し、そこへ半田を詰め込むことで、基板側にリードとの接点を引き出した。
配線に電流を通じることでチップは白色に発光した。駆動電圧は３．２Ｖであり、発光の効率は、６７ｌｍ／Ｗと良好であった。
【００４２】
（実施例３）
実施例３では、サファイア基板１７つきのチップのｎ層の側面に銀ペースト１９を用いて導通させたチップを使用し、蛍光体としてＳｉＡｌＯＮ蛍光体を用いたほかは、殆どの工程を実施例１と同一として、図３に断面を示すようなＬＥＤパッケージを作製した。
配線に電流を通じることでチップは白色に発光した。駆動電圧は３．４Ｖであり、発光の効率は、６ｌｍ／Ｗと良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は優れた発光効率を有するので、この発光素子から高輝度のＬＥＤランプを作製することができ、照明用途、ディスプレイ用途およびバックライト用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１で作製した本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体（パッケイジ）を示した模式図である。
【図２】実施例２で作製した本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体（パッケイジ）の模式図である。
【図３】実施例３で作製した本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体（パッケイジ）の模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体チップ
１１  透明電極（ｐ側）
１２  ボンディングパッド
１３  ｐ型層
１４  活性層
１５  ｎ型層
１６  金属電極（ｎ側）
１７  絶縁性の基板
１８  基板穿孔部
１９  銀ペースト
２  ＬＥＤパッケージ
２１  ボンディングワイヤ
２２  リードフレーム
２２ａ  リード    
２３  リフレクタ
２４  蛍光体を分散させた樹脂
２５  樹脂
【図１】
2007067184.tif 000003
【図２】
2007067184.tif 000004
【図３】
2007067184.tif 000005