(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の素子基板と、
前記素子基板を覆うように前記素子基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層のｎ電極用領域を除いた前記ｎ型半導体層の領域上を覆うように形成され、前記ｎ型半導体層との間で発光を行うｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の前記ｎ電極用領域上に形成された薄膜である第１ｎ電極と、
前記ｐ型半導体層上に形成された薄膜である第１ｐ電極と、
ｎ電極用開口及びｐ電極用開口がそれぞれ少なくとも１つ設けられ、ｎ電極用開口及びｐ電極用開口を除いて、前記第１ｎ電極及び前記第１ｐ電極を覆うとともに、前記第１ｎ電極と前記第１ｐ電極とを絶縁するように形成された第１絶縁層と、
前記ｐ型半導体層上の前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記第１ｐ電極に電気的に接続された薄膜である導電層と、
前記導電層のｎ電極側の領域を覆うように形成されて、前記第１ｎ電極と前記導電層とを絶縁するとともに、前記ｐ型半導体と前記第１ｐ電極との接合面よりも小さい面積で前記導電層の一部を露出させる第２絶縁層と、
前記ｎ型半導体と前記第１ｎ電極との接合面よりも面積が大きい薄膜として前記第１絶縁層上及び前記第２絶縁層上に、一部が前記素子基板の厚み方向から見て前記導電膜と重なる位置に位置するように形成され、前記第１絶縁層の前記ｎ電極用開口を介して前記第１ｎ電極に電気的に接続された第２ｎ電極と、
を備える半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口のうちの少なくとも一部は、前記素子基板の厚み方向から見て前記第２ｎ電極と重なる位置に位置している請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
さらに、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との接合面よりも面積が小さい薄膜として前記露出する導電層の一部上に形成され、前記導電層及び前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記第１ｐ電極に電気的に接続された第２ｐ電極を備える請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口は、複数個が大略均等に分散して設けられている請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２ｎ電極と前記第２ｐ電極の大きさは、大略同一である請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体発光素子と、
複数の電極を有する配線基板と、
前記第２ｎ電極と、前記露出する導電層の一部とを前記配線基板上の前記電極に電気的に接続するとともに固定する導電性接着材料層と、
を備える発光装置。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体発光素子と、
複数の電極を有する配線基板と、
前記第２ｎ電極と、前記第２ｐ電極とを前記配線基板上の前記電極に電気的に接続するとともに固定する導電性接着材料層と、
を備える発光装置。
【請求項８】
前記導電性接着材料層が、はんだ、銀ペースト、及び異方性導電性樹脂のいずれか一つである請求項６又は請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
光透過性の素子基板を覆うように前記素子基板上にｎ型半導体層が形成され、前記ｎ型半導体層のｎ電極用領域を除いた前記ｎ型半導体層の領域上に前記ｎ型半導体層との間で発光を行うｐ型半導体層が形成され、前記ｎ型半導体層の前記ｎ電極用領域上に薄膜である第１ｎ電極が形成され、前記ｐ型半導体層上に薄膜であるｐ電極が形成された基礎発光素子を準備し、
ｎ電極用開口及びｐ電極用開口をそれぞれ少なくとも１つ設けた第１絶縁層を、前記第１ｎ電極及び前記ｐ電極を覆うように形成し、
前記ｐ型半導体層上の前記第１絶縁層上に、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記ｐ電極に電気的に接続されるように薄膜である導電層を形成し、
前記導電層のｎ電極側の領域を覆って、前記第１ｎ電極と前記導電層とを絶縁するとともに、前記ｐ型半導体と前記ｐ電極との接合面よりも小さい面積で前記導電層の一部を露出させるように第２絶縁層を形成し、
前記第１ｎ電極及び前記第１及び第２絶縁層上に、前記ｎ型半導体層と前記第１ｎ電極との接合面よりも大きい面積を有する薄膜である第２ｎ電極を、前記第１及び第２絶縁層により前記ｐ電極及び前記導電層と絶縁され、前記第２ｎ電極の一部が前記素子基板の厚み方向から見て前記導電膜と重なる位置に配置され、且つ前記第１絶縁層の前記ｎ電極用開口を介して前記第１ｎ電極と電気的に接続されるように形成する、
半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１絶縁層を前記形成するとき、前記ｐ電極用開口のうちの少なくとも一部が、前記素子基板の厚み方向から見て前記第２ｎ電極と重なるように、前記第１絶縁層を配置する請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１絶縁層が、スパッタリングにより形成される請求項９又は請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ｎ電極が、スパッタリング又はメッキにより形成される請求項９から請求項１１のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の半導体発光素子の前記第２ｎ電極、及び前記露出する導電層の一部と、配線基板の複数の電極との間にはんだを配置してリフロー処理を行うことにより、配線基板にはんだを介して半導体発光素子を実装する半導体発光素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、その製造方法及びその実装方法に関し、さらにその半導体発光素子を配線基板に実装した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode、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配線基板上に多数実装することにより、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。）を配線基板上に実装する実装技術としては、例えば特許文献１や特許文献２に示されているような、バンプを利用したフリップチップ接合が一般的に用いられている。
【０００３】
図１６は、従来の典型的な構造を有するＬＥＤチップが配線基板上に実装された状態を模式的に示す断面図である。図１７は、従来のＬＥＤチップの底面図である。図１６は図１７中のＣ−Ｃ線の位置における断面を模式的に示す図である。
【０００４】
ＬＥＤチップ１０１は、光透過性の基板（以下、「素子基板」と呼ぶ。）１１１と、素子基板１１１を覆うように素子基板１１１上に形成されたｎ型半導体層１１２と、ｎ型半導体層１１２上の角部のｎ電極用領域１１２ａ（図１７参照）を除いたｎ型半導体層１１１ａ上の領域を覆うように形成されたｐ型半導体層１１３と、ｎ型半導体層１１２上のｎ電極用領域１１２ａに形成されたｎ電極１１４と、ｐ型半導体層１１３上に形成されたｐ電極１１５とにより構成されている。
【０００５】
ＬＥＤチップ１０１は、ｎ電極１１４及びｐ電極１１５が配線基板１４０上の電極１４１上に形成された複数のバンプ１４２にそれぞれ超音波を利用して接合されることにより、配線基板１４０と電気的に接続される。なお、このようにして配線基板１４０に電気的に接続されたＬＥＤチップ１０１は、ｎ型半導体層１１２とｐ型半導体層１１３とのｐｎ接合部１２３に電流が流れることにより発光する。
【特許文献１】特開平１１−１６１１９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、ＬＥＤチップは、０．３ｍｍ角のサイズのものが一般的に用いられているが、近年、低消費電力、水銀レスなどの特徴から用途が広がり、中・大型液晶バックライトや特殊照明、車のヘッドライト等にも使用可能な高出力・高効率を実現できる大型のＬＥＤチップ（例えば、１ｍｍ角以上）の開発が進められている。しかしながら、上述のようなフリップチップ接合による実装技術では、ＬＥＤチップの大きさが０．５ｍｍ角を超えると、ＬＥＤチップを均一に発光させるためにｐ電極に多数のバンプを形成する必要が生じる。ｐ電極に多数のバンプを形成することは、接合歩留りの低下や、さらに実装時の位置ずれによるショートや接続不良の可能性の増大につながるため好ましくない。
【０００７】
一方、電子部品の実装分野では、一般に大型の電子部品に対しては、はんだや銀ペーストなどの導電性接着材料を用いて低コストにて配線基板への実装が行われている。しかしながら、従来のＬＥＤチップ１０１の場合は、上述のようにｐｎ接合部１２３で発光するので、発光領域を大きくするためには、ｎ型半導体層１１２とｎ電極１１４との接合面をなるべく小さくして、発光領域に対応するｎ型半導体層１１２とｐ型半導体層１１３との接合面を大きくする必要がある。このため、仮にＬＥＤチップ１０１を大型化したとしても、ｎ電極１１４の面積を大型化することには繋がらない。
【０００８】
したがって、従来のＬＥＤチップ１０１の実装においては、ｎ電極１１４の面積が小さいために、はんだや異方性導電性樹脂などの広い接合面積（例えばはんだの場合は、幅０．１ｍｍ以上且つ接合面積０．０４ｍｍ２以上、異方性導電性樹脂の場合は、幅０．２０ｍｍ以上且つ接合面積０．０８ｍｍ２以上）を必要とする導電性接着材料を用いることが難しく、上述のようにバンプを利用したフリップチップ接合による実装を行わざるを得ない。また、バンプをその小さなｎ電極に位置合わせしてから実装しなければならないので、高い実装精度が必要となる。そのため、生産効率が低下し、生産性が低い。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、はんだに代表される導電性接着材料を用いて低コストにて配線基板に実装できる半導体発光素子、その製造方法及びその実装方法、並びにその半導体発光素子を配線基板に実装した発光装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するため、以下のように構成している。
本発明の第１態様によれば、光透過性の素子基板と、
前記素子基板を覆うように前記素子基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層のｎ電極用領域を除いた前記ｎ型半導体層の領域上を覆うように形成され、前記ｎ型半導体層との間で発光を行うｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の前記ｎ電極用領域上に形成された薄膜である第１ｎ電極と、
前記ｐ型半導体層上に形成された薄膜である第１ｐ電極と、
ｎ電極用開口及びｐ電極用開口がそれぞれ少なくとも１つ設けられ、ｎ電極用開口及びｐ電極用開口を除いて、前記第１ｎ電極及び前記第１ｐ電極を覆うとともに、前記第１ｎ電極と前記第１ｐ電極とを絶縁するように形成された第１絶縁層と、
前記ｐ型半導体層上の前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記第１ｐ電極に電気的に接続された導電層と、
前記導電層のｎ電極側の領域を覆うように形成されて、前記第１ｎ電極と前記導電層とを絶縁するとともに、前記ｐ型半導体と前記第１ｐ電極との接合面よりも小さい面積で前記導電層の一部を露出させる第２絶縁層と、
前記ｎ型半導体と前記第１ｎ電極との接合面よりも面積が大きい薄膜として前記第１絶縁層上及び前記第２絶縁層上に、一部が前記素子基板の厚み方向から見て前記導電膜と重なる位置に位置するように形成され、前記第１絶縁層の前記ｎ電極用開口を介して前記第１ｎ電極に電気的に接続された第２ｎ電極と、
を備える半導体発光素子を提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、光透過性の素子基板と、
前記素子基板を覆うように前記素子基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層のｎ電極用領域を除いた前記ｎ型半導体層の領域上を覆うように形成され、前記ｎ型半導体層との間で発光を行うｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の前記ｎ電極用領域上に形成された薄膜である第１ｎ電極と、
前記ｐ型半導体層上に形成された薄膜である第１ｐ電極と、
ｎ電極用開口及びｐ電極用開口がそれぞれ少なくとも１つ設けられ、ｎ電極用開口及びｐ電極用開口を除いて、前記第１ｎ電極及び前記第１ｐ電極を覆うとともに、前記第１ｎ電極と前記第１ｐ電極とを絶縁するように形成された第１絶縁層と、
前記ｎ型半導体と前記第１ｎ電極との接合面よりも面積が大きい薄膜として前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層の前記ｎ電極用開口を介して前記第１ｎ電極に電気的に接続された第２ｎ電極と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との接合面よりも面積が小さい薄膜として前記第１絶縁層上に形成され、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記第１ｐ電極に電気的に接続された第２ｐ電極と、
を備える半導体発光素子を提供する。
【００１２】
本発明の第３態様によれば、さらに、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との接合面よりも面積が小さい薄膜として前記露出する導電層の一部上に形成され、前記導電層及び前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記第１ｐ電極に電気的に接続された第２ｐ電極を備える第１態様又は第２態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００１３】
本発明の第４態様によれば、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口は、複数個が大略均等に分散して設けられている第１態様から第３態様のいずれか一つに記載の半導体発光素子を提供する。
【００１４】
本発明の第５態様によれば、前記第２ｎ電極と前記第２ｐ電極の大きさは、大略同一である第３態様に記載の半導体発光素子を提供する。
【００１５】
本発明の第６態様によれば、第１態様に記載の半導体発光素子と、
複数の電極を有する配線基板と、
前記第２ｎ電極と、前記露出する導電層の一部とを前記配線基板上の前記電極に電気的に接続するとともに固定する導電性接着材料層と、
を備える発光装置を提供する。
【００１６】
本発明の第７態様によれば、第３態様に記載の半導体発光素子と、
複数の電極を有する配線基板と、
前記第２ｎ電極と、前記第２ｐ電極とを前記配線基板上の前記電極に電気的に接続するとともに固定する導電性接着材料層と、
を備える発光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第８態様によれば、前記導電性接着材料層が、はんだ、銀ペースト、及び異方性導電性樹脂のいずれか一つである第６態様又は第７態様に記載の発光装置を提供する。
【００１８】
本発明の第９態様によれば、光透過性の素子基板を覆うように前記素子基板上にｎ型半導体層が形成され、前記ｎ型半導体層のｎ電極用領域を除いた前記ｎ型半導体層の領域上に前記ｎ型半導体層との間で発光を行うｐ型半導体層が形成され、前記ｎ型半導体層の前記ｎ電極用領域上に薄膜である第１ｎ電極が形成され、前記ｐ型半導体層上に薄膜であるｐ電極が形成された基礎発光素子を準備し、
ｎ電極用開口及びｐ電極用開口をそれぞれ少なくとも１つ設けた第１絶縁層を、前記第１ｎ電極及び前記ｐ電極を覆うように形成し、
前記ｐ型半導体層上の前記第１絶縁層上に、前記第１絶縁層の前記ｐ電極用開口を介して前記ｐ電極に電気的に接続されるように導電層を形成し、
前記導電層のｎ電極側の領域を覆って、前記第１ｎ電極と前記導電層とを絶縁するとともに、前記ｐ型半導体と前記ｐ電極との接合面よりも小さい面積で前記導電層の一部を露出させるように第２絶縁層を形成し、
前記第１ｎ電極及び前記第１及び第２絶縁層上に、前記ｎ型半導体層と前記第１ｎ電極との接合面よりも大きい面積を有する薄膜である第２ｎ電極を、前記第１及び第２絶縁層により前記ｐ電極及び前記導電層と絶縁され、前記第２ｎ電極の一部が前記素子基板の厚み方向から見て前記導電膜と重なる位置に配置され、且つ前記第１絶縁層の前記ｎ電極用開口を介して前記第１ｎ電極と電気的に接続されるように形成する、
半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第１０態様によれば、前記第１絶縁層を前記形成するとき、前記ｐ電極用開口のうちの少なくとも一部が、前記素子基板の厚み方向から見て前記第２ｎ電極と重なるように、前記第１絶縁層を配置する第９態様に記載の半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２０】
本発明の第１１態様によれば、前記第１絶縁層が、スパッタリングにより形成される第９態様又は第１０態様に記載の半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２１】
本発明の第１２態様によれば、前記第２ｎ電極が、スパッタリング又はメッキにより形成される第９態様から第１１態様のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の第１３態様によれば、第１態様に記載の半導体発光素子の前記第２ｎ電極、及び前記露出する導電層の一部と、配線基板の複数の電極との間にはんだを配置してリフロー処理を行うことにより、配線基板にはんだを介して半導体発光素子を実装する半導体発光素子の実装方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体発光素子、その製造方法及びその実装方法によれば、配線基板の電極に接合される第２ｎ電極の面積を第１ｎ電極よりも大きく、第２ｐ電極の面積を第１ｐ電極よりも小さくなるようにしたので、はんだなどの導電性接着材料を用いて低コストにて配線基板に実装することができる。
また、本発明の発光装置によれば、前記半導体発光素子が、はんだなどの導電性接着材料を用いて低コストにて配線基板に実装されるので、高生産性、高接合品質、高歩留り等を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
《第１実施形態》
図１は本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の一例であるＬＥＤチップ１を配線基板４０に導電性接着材料層の一例であるはんだ３１を介して実装した発光装置を示す縦断面図であり、図２はＬＥＤチップ１の底面図である。図１は図２中のＡ−Ａ線の位置における断面を模式的に示している。なお、図１の断面図は、本発明の理解を容易にするために、一部誇張して表現している。以下、図の下方向に各層、及び各電極を積層していくように説明する。
【００２６】
図１において、ＬＥＤチップ１は、素子基板１１と、素子基板１１を覆うように素子基板１１上に形成されたｎ型半導体層１２と、ｎ型半導体層１２の角部のｎ電極用領域１２ａを除いたｎ型半導体層１２のｐ型半導体層用領域１２ｂ上に形成されたｐ型半導体層１３と、ｎ電極用領域１２ａ上に形成された第１ｎ電極１４と、ｐ型半導体層１３上に形成された第１ｐ電極１５とにより構成される基礎チップ１０（図３参照）を備えている。
【００２７】
また、ＬＥＤチップ１は、第１ｎ電極１４及び第１ｐ電極１５を覆うとともに、第１ｎ電極１４と第１ｐ電極１５とを絶縁するように形成された第１絶縁層１６と、第１絶縁層１６上（すなわち、図１においてＬＥＤチップ１の最も下側）に形成され、第１絶縁層１４を貫通して第１ｎ電極１４に電気的に接続された第２ｎ電極１７及び第１ｐ電極１５に電気的に接続された第２ｐ電極１８を備えている。
【００２８】
素子基板１１は、例えばサファイアにて形成された大略正四角形状の光透過性の基板である。ｎ型半導体層１２は、素子基板１１の（図１における）下面１１ａの全面を覆うように形成されている。ｐ型半導体層１３は、ｎ型半導体層１２のｐ型半導体層用領域１２ｂを覆うように形成されている。第１ｎ電極１４は、ｎ電極用領域１２ａの大略全面を覆うように、スパッタリングやメッキなどにより、例えば厚さ０．１μｍ〜０．３μｍ程度の薄膜で形成されている。ｎ電極用領域１２ａは、発光面であるｐｎ接合部２３の面積を大きく取るために、図２に示すように、ｐ型半導体層用領域１２ｂよりも十分に小さい領域（例えば、ｐ型半導体層用領域の１０％）とされている。第１ｐ電極１５は、ｐ型半導体層１３の大略全面を覆うように、スパッタリングやメッキなどにより、例えば厚さ０．１μｍ〜０．３μｍ程度の薄膜から形成されている。第１ｎ電極１４の下面１４ａと第１ｐ電極１５の下面１５ａとは、素子基板１１の下面１１ａを基準として大略同じ高さとなるように形成されている。
【００２９】
第１絶縁層１６は、電気的リークや静電気破壊などを抑制するために、第１ｎ電極１４と第１ｐ電極１５との間、及び第１ｎ電極１４の下面１４ａ及び第１ｐ電極１５の下面１５ａの大略全面を覆うように形成されている。また、第１絶縁層１６は、このように形成されることで、後述する第２ｎ電極１７と第１ｐ電極１５とが接続されないようにしている。つまり、後述する第２ｎ電極１７と第１ｐ電極１５とを絶縁する。第１絶縁層１６は、シリコンの酸化膜や窒化膜などで形成され、例えば０．１μｍ〜１．０μｍの厚さに形成されている。第１絶縁層１６には、ｎ電極用開口１６ａと複数のｐ電極用開口１６ｂとがそれぞれ設けられている。
【００３０】
第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とは、第１絶縁層１６上にスパッタリングやメッキなどにより、例えば厚さ０．１μｍ〜０．３μｍ程度の薄膜で形成され、図２に示すように、素子基板１１の一つの対角線部を挟んで二等辺三角形状で大略同じ大きさとなるように形成されている。すなわち、第２ｎ電極１７の下面１７ａはｎ型半導体層１２と第１ｎ電極１４との接合面よりも面積が大きくされ、その分、第２ｐ電極１８の下面１８ａはｎ型半導体層１２とｐ型半導体層との接合面よりも面積が小さくされている。換言すれば、ＬＥＤチップ１では第１ｎ電極１４と第１ｐ電極１５とが、ほぼ同サイズに形成された第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とへとそれぞれ配置を変えている。そして、第２ｎ電極１７は第１絶縁層１６のｎ電極用開口１６ａを介して第１ｎ電極１４に電気的に接続され、第２ｐ電極１８は複数のｐ電極用開口１６ｂを介して第１ｐ電極１５に電気的に接続されている。このとき、第２ｎ電極１７の下面１７ａと第２ｐ電極１８の下面１８ａとは、素子基板１１を基準として大略同じ高さとなるように形成されている。なお、ＬＥＤチップ１の各層及び各界面には電極と面との接合を強化したり、絶縁を強化する等のために、必要に応じて非常に薄い他の層や膜を設けてもよい。
【００３１】
本第１実施形態に係るＬＥＤチップ１は、以上のように構成されている。
上記のように構成されるＬＥＤチップ１は、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８が、図１に示すように、導電性接着材料層の一例であるはんだ３１を介して配線基板４０上の電極４１に電気的に接続されるとともに固定される。これにより、本第１実施形態に係るＬＥＤチップ１を備えた発光装置が完成する。
【００３２】
なお、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８の大きさ（面積）は、はんだ３１や異方性導電性樹脂などの接合に用いる導電性接着材料層に応じて、配線基板４０に実装可能な大きさとすればよい。例えば、導電性接着材料としてはんだ３１を用いる場合には、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８の大きさは、それぞれ幅０．１ｍｍ以上且つ面積０．０４ｍｍ２以上を目安として確保すればよい。また、図４に示すように、導電性接着材料として異方性導電性樹脂３２を用いる場合には、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８の大きさは、それぞれ幅０．２０ｍｍ以上且つ面積０．０８ｍｍ２以上を目安として確保するとともに、異方性導電性樹脂３２中の金属粒子が接触して電流が流れる面積が前記面積の５％以上となるようにすればよい。
【００３３】
本第１実施形態に係るＬＥＤチップ１を備えた発光装置においては、配線基板４０を介して第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８との間に電流が与えられることにより、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１３との間で光を発生する。発生した光は素子基板１１を透過して図１中の上方や側方へと出射される。
【００３４】
なお、第１絶縁層１６に形成されたｐ電極用開口１６ｂは、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１３との層間における電流密度の分布が発光強度に影響を与えるため、複数個が大略均等に分散して設けられることが好ましい。このようにすることにより、発光強度の分布の均一性を向上させることができ、さらには、ＬＥＤチップ１の輝度を効率よく向上させることができる。
【００３５】
また、本第１実施形態のＬＥＤチップ１においては、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とを素子基板１１の一つの対角線部を挟んで、二等辺三角形状で大略同じ大きさとなるように形成したが、これには限られない。第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とは、ＬＥＤチップ１の中心を通る線部を挟んで、大略同じ大きさに形成されていればよく、例えば、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８との形状は、長方形であってもよい。
【００３６】
また、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とは、違う大きさ（面積）に形成しても構わないが、大略同じ大きさに形成するほうが、配線基板４０への実装時にＬＥＤチップ１が傾いたり、マンハッタン現象を発生したりするなどの不具合が生じにくい。また、はんだ３１などの広い接合面積を必要とする導電性接着材料を用いる場合に、第２ｎ電極１７と第２ｐ電極１８とを違う大きさに形成してどちらか一方を小さくするよりも、大略同じ大きさに形成するほうが、高い実装精度が要求されないなどの点で有利である。また、高い実装精度が要求されないので、生産効率を良くして生産性を向上させることができる。なお、従来のＬＥＤチップの一個あたりの実装時間は約１．０秒であるのに対し、本実施形態１のＬＥＤチップ１の実装時間は０．１秒以下と、約１０倍以上の生産性の向上が確認されている。
【００３７】
次に、図５〜図７を用いてＬＥＤチップ１の製造方法及び実装方法について説明する。図５はＬＥＤチップ１の製造方法及び実装方法を示すフローチャートである。図６及び図７はＬＥＤチップ１の製造過程を示す断面図である。図６及び図７中の一点鎖線Ｘ，Ｘは、後続のダイシング工程により切断される位置を示している。
【００３８】
まず、通常のＬＥＤチップと同様の製造工程を経て、図６に示すように、基礎チップ１０の集合体を製造する（ステップＳ１１）。
【００３９】
基礎チップ１０の集合体の具体的な製造方法は、まず、例えばサファイヤにて形成された板状の光透過性の素子基板１１の集合体の下面１１ａの全面を覆うようにｎ型半導体層１２を形成する。次いで、ｎ型半導体層１２のｎ電極用領域１２ａを除いたｎ型半導体層１２のｐ型半導体層用領域１２ｂ上にｐ型半導体層１３を形成する。次いで、ｎ電極用領域１２ａ上にスパッタリングにより適宜幾つかの薄膜（電極と面との接合を強化する薄膜等）を形成したのち、スパッタリングにより金属薄膜である第１ｎ電極１４をさらに形成するとともに、ｐ型半導体層１３上にも適宜幾つかの薄膜を形成したのち、金属薄膜である第１ｐ電極１５を形成する。
【００４０】
上記のようにして、基礎チップ１０の集合体を準備すると、次に、第１ｎ電極１４及び第１ｐ電極１５の大略全面を覆うようにスパッタリングにより第１絶縁層１６を形成する。（ステップＳ１２）次いで、レジストの塗布、露光、現像を行ってフォトリソグラフィ法により、図７に示すように、第１絶縁層１６に第１ｎ電極１４に連絡するｎ電極用開口１６ａ、及び第１ｐ電極１５に連絡するｐ電極用開口１６ｂを形成する（ステップＳ１３）。
【００４１】
次いで、第１絶縁層１６上にスパッタリングにより金や銅等の金属薄膜を形成したのち、必要に応じて、チタンやクロム等の薄膜を電極の密着強化のために予め形成する。次いで、第１絶縁層１６上に形成した金属薄膜をフォトリソグラフィ法により等分割し、第１絶縁層１６上にｎ型半導体層１２と第１ｎ電極１４との接合面よりも面積が大きい薄膜である第２ｎ電極１７を形成するとともに、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１３との接合面よりも面積が小さい薄膜である第２ｐ電極１８を形成する（ステップＳ１４）。これにより、ＬＥＤチップ１の集合体が完成する。なお、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８は、スパッタリング（及び付随するエッチング等の処理）により基礎チップ１０の製造の延長工程において容易に形成することができる。また、第１絶縁層１６は非常に薄い層であることから、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８は第１絶縁層１６上に形成されるだけで、それぞれｎ電極用開口１６ａ、ｐ電極用開口１６ｂを介して第１ｎ電極１４、第１ｐ電極１５に電気的に接続される。
【００４２】
次いで、上記のようにして製造したＬＥＤチップ１の集合体を、図６及び図７の一点鎖線Ｘ−Ｘの位置でダイシングにより切断し、１個１個のＬＥＤチップ１に分割する（ステップＳ１５）。これにより、ＬＥＤチップ１の製造が完了する。なお、上記ＬＥＤチップ１の製造工程においては、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８がスパッタリングを利用して形成されると説明したが、これらの電極はメッキ（及び付随する処理）によって形成してもよい。
【００４３】
次いで、ＬＥＤチップ１を、配線基板４０上の電極４１に印刷やメッキにより付与されたクリーム状のはんだ又はメッキはんだ上に装着し、リフロー処理を行う。これにより、図１に示すように、第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８がはんだ３１を介して配線基板４０上の電極４１に電気的に接続されるとともに固定される（ステップＳ１６）。以上のようにして、ＬＥＤチップ１が配線基板４０に実装される。
【００４４】
本第１実施形態によれば、ＬＥＤチップ１の第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８がＬＥＤチップ１の約半分を覆う大きさとされることから、バンプを利用するフリップチップ接合のように高い実装精度を実現する必要がなく、はんだや銀ペースト、異方性導電性樹脂等の導電性接着材料層を用いて、低コストで且つ容易に実装することができる。これにより、ＬＥＤチップ１を実装した発光装置において、高接合品質、高歩留り及び高生産性を実現できる。
【００４５】
また、ＬＥＤチップは発光すると約８０℃程度まで発熱するが、上述のようなフリップチップ接合による従来の実装技術では、ＬＥＤチップと配線基板との接触面積が小さい（バンプのみ）ので、ＬＥＤチップの熱を十分に逃がすことができないという問題点がある。しかしながら、本第１実施形態によれば、ｎ型半導体層１２に接続される第１ｎ電極１４を第２ｎ電極１７に接続して、ＬＥＤチップ１と配線基板４０との接合面積を拡大したので、配線基板４０との接合強度が増大するとともに放熱性も向上する。また、第１絶縁層１６により第１ｎ電極１４及び第１ｐ電極１５が覆われているので、電気的リークや静電気破壊も抑制できる。
【００４６】
また、本第１実施形態によれば、特に、多数のＬＥＤチップ１を配線基板４０に高密度にて実装する場合に、大型のＬＥＤチップ１（例えば１ｍｍ以上）を一括して固定することができ、製造コストの削減を一層図ることができる。また、そのようにして多数の大型のＬＥＤチップ１を高密度（例えば格子状や千鳥状）に実装した配線基板４０に、例えば、図８に示すように、各ＬＥＤチップ１に対応するマイクロレンズ４５１を有するレンズアレイ４５や、各ＬＥＤチップ１に対応する蛍光体４６、反射板４７を取り付ければ、例えば中・大型液晶バックライトや特殊照明、車のヘッドライト等の照明用のＬＥＤ光源２として利用することができる。
【００４７】
《第２実施形態》
図９は本発明の第２実施形態に係るＬＥＤチップ１ａを配線基板４０に導電性接着材料層の一例であるはんだ３１を介して実装した発光装置を示す縦断面図である。図１０はＬＥＤチップ１ａの底面図、図１１はＬＥＤチップ１ａの第２ｎ電極１７及び第２ｐ電極１８を形成する前の状態の底面図である。図９は、図１０及び図１１中のＢ−Ｂ線の位置における断面を模式的に示す図である。なお、図９の断面図は、本発明の理解を容易にするために、一部誇張して表現している。また、図１１中の斜線部は、導電層１４（細い斜線部）及び第２絶縁層（太い斜線部）の領域の理解を容易にするために示したものであって、断面線を示すものではない。
【００４８】
本第２実施形態のＬＥＤチップ１ａは、導電層１９及び第２絶縁層２０をさらに有する点において、本第１実施形態のＬＥＤチップ１と異なる。その他の点においては同様であるので、同一符号を付した要素についての重複する説明は省略する。
【００４９】
図９及び図１１に示すように、導電層１９（図１１中の細い斜線部）は、ｐ型半導体層１３上方の第１絶縁層１６上に、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１３との接合面の面積よりも小さく、第２ｐ電極１８の面積よりも大きな面積を有するように形成され、第１絶縁層１６の複数のｐ電極用開口１６ｂを介して第１ｐ電極１５と電気的に接続されている。導電層１９は、例えば厚さ０．１μｍ〜０．３μｍ程度の薄膜であり、スパッタリングやメッキなどにより形成される。
【００５０】
第２絶縁層２０（図１１の太い斜線部）は、第２ｎ電極１７と導電層１６とを絶縁するために、第２ｎ電極と導電層１６との間に形成されている。換言すれば、第２絶縁層２０は、導電層１９の第２ｐ電極１８よりも第１ｎ電極１４側の領域１９ａを覆うように、第１絶縁層１６及び第１ｎ電極１４側の領域１９ａ上に形成されている。第２絶縁層２０は、例えば厚さ０．１μｍ〜１．０μｍ程度の薄膜であり、スパッタリングやメッキなどにより形成される。第２ｐ電極１８は、導電層１９の第２絶縁層２０に覆われていない領域１９ｂ上に形成され、導電層１９及び第１絶縁層１６のｐ電極用開口１６ｂを介して第１ｐ電極１５に電気的に接続されている。
【００５１】
本第２実施形態のＬＥＤチップ１ａによれば、導電層１９及び第２絶縁層２０により、図９〜図１１に示すように、ＬＥＤチップ１ａの底面側から見て第１絶縁層１６のｐ電極用開口１６ｂを第２ｎ電極１７と重なる位置に設けた場合でも、ｐ電極用開口１６ｂ及び導電層１９を介して第１ｐ電極１５と第２ｐ電極１８とを多くの箇所で電気的に接続することができる。したがって、第１実施形態のＬＥＤチップ１よりも、複数のｐ電極用開口１６ｂを、より分散して設けて第１ｐ電極１５全体に十分な電流を供給することが可能となり、ＬＥＤチップ１ａの発光の均一性をさらに向上させることができる。また、第２ｎ電極１７の面積を小さくしなくてよいので、はんだなど広い接合面積を必要とする導電性接着材料を用いることができる。
【００５２】
なお、ＬＥＤチップ１ａを製造する際には、図１２に示すように、図５のステップＳ１３とステップＳ１４との間において、スパッタリング等により第１絶縁層１６上に導電層１９を形成（ステップＳ２１）したのち、導電層１９の第１ｎ電極１４側の領域１９ａを覆うように第２絶縁層２０を形成（ステップＳ２２）する工程を追加すればよい。
【００５３】
なお、本第２実施形態においては、導電層１９と第２ｎ電極１８とは別々に形成したが、一体的に形成してもよい。
また、素子基板１１から第２ｎ電極１７の下面１７ａまでの高さと、素子基板１１から第２ｐ電極１８の下面１８ａまでの高さが等しくなくてもよい場合、例えば、ＬＥＤチップ１ｂの姿勢を拘束しながら実装することが可能な場合には、図１３に示すように、導電層１９の第２絶縁層２０に覆われていない領域１９ｂ上に直接、はんだ３１で接合するように構成してもよい。
【００５４】
なお、上記のように構成されるＬＥＤチップ１ｂを製造する際には、図１４に示すように、図５のステップＳ１４に代えて、スパッタリング等により第１絶縁層１６上に導電層１９を形成（ステップＳ３１）したのち、導電層１９の第１ｎ電極１４側の領域１９ａを覆うように第２絶縁層２０をスパッタリング等により形成（ステップＳ３２）し、次いでスパッタリングまたはメッキ等により第１絶縁層１６の第１ｎ電極１４を覆う領域１６ｃ及び第２絶縁層２０の第１ｎ電極１４側の領域２０ａを覆うように第２ｎ電極１７を形成（ステップＳ３３）する工程を追加すればよい。
【００５５】
以上、本発明の第１及び第２実施形態について説明してきたが本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。
【００５６】
例えば、第１絶縁層１６に形成されるｎ電極用開口１６ａ、ｐ電極用開口１６ｂは図示では円形としたが、切り欠き状の（すなわち、第１絶縁層１６のエッジに繋がった）開口でもよい。
【００５７】
また、第１絶縁層１６は、第１ｎ電極１４及び第１ｐ電極１５を覆うように形成するとともに、ｎ電極用開口１６ａ及びｐ電極用開口１６ｂを設けて、第１ｎ電極１４と第２ｎ電極１７、及び第１ｐ電極１５と第２ｐ電極１８とを電気的に接続するようにしたが、これに限られるものではない。例えば図１５に示すように、第１絶縁層１６は第１ｎ電極１４と第１ｐ電極１５と第２ｎ電極１７とを互いに絶縁するように設けられていればよく、また、第２ｐ電極１８の上面１８ｂは、第１ｐ電極１５の下面１５ａと全面的に接続されてもよい。つまりこの場合、第１絶縁層１６には、ｎ電極用開口１６ａ及びｐ電極用開口１６ｂを設ける必要がない。
【００５８】
なお、上記様々な実施の形態のうち任意の実施の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ことができる。
【００５９】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に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。
【００６０】
２００４年９月２７日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２００４−２７９０４９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。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の半導体発光素子、その製造方法及びその実装方法、並びにその半導体発光素子を配線基板に実装した発光装置は、はんだなどの導電性接着材料を用いて低コストにて配線基板に実装でき、高生産性、高接合品質、高歩留り等を実現できるので、特に中・大型液晶バックライトや特殊照明、車のヘッドライト等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップを備えた発光装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップの底面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る基礎チップの断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップを備えた他の発光装置の断面図である。
【図５】図５は、ＬＥＤチップの製造方法及び実装方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤチップを多数用いたＬＥＤ光源を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤチップを備えた発光装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤチップの底面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤチップの電極を外した底面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤチップの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係る他のＬＥＤチップを備えた発光装置の断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態に係る他のＬＥＤチップの製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤチップを備えた発光装置の断面図である。
【図１６】図１６は、従来のＬＥＤチップを備えた発光装置の断面図である。
【図１７】図１７は、従来のＬＥＤチップの底面図である。
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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