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JP4232585B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子から光を放射する発光装置に関し、特に、光取出し効率の高い発光装置に関する。
光取出し効率を向上させた従来のＬＥＤチップとして、例えば、基板の光取り出し面側に凹凸を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
図６は、その従来のＬＥＤチップを示す。このＬＥＤチップ１００は、サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッファ層１０２、ｎ型半導体層１０３およびｐ型半導体層１０４の窒化物半導体層を形成し、ｐ型半導体層１０４の上にｐ側電極１０５を設け、ｎ型半導体層１０３の上にｎ側電極１０６を設けたものであり、バンプ１３０ａ，１３０ｂによって実装基板１１０上にフリップチップ接合される。また、サファイア基板１０１の窒化物半導体層が形成された側と反対側の面には、研磨剤の粒度を調整してそれらの面を研磨することにより、１μｍ程度の凹凸面１０１ａ，１０１ｂを形成している。これらの凹凸面１０１ａ，１０１ｂにより、窒化物半導体層の発光部で発光した光がサファイア基板１０１の凹凸面１０１ａ，１０１ｂでランダムな方向に反射するので、ＬＥＤチップ１００内における完全反射の繰り返しを抑え、光取出し効率を向上させることができる。
特開２００２−３１９７０８号公報（[００２２]〜[００２４]、図２）
しかし、従来のＬＥＤチップによると、樹脂封止部材によってＬＥＤチップを封止した場合、サファイア基板の屈折率が１．７７であるのに対し、サファイア基板の凹凸面に接触する樹脂封止部材の屈折率は１．５であるので、両者の屈折率差が小さいため、凹凸面で発生する散乱光の広がりが小さくなり、ＬＥＤチップ内における完全反射の繰り返しを十分抑えることができず、光取出し効率をさらに高めることが難しい。
従って、本発明の目的は、光の散乱を増加させて、配光を広くして、装置全体の光取出し効率の高い発光装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、所定の波長に対して透光性を有する基板と、
前記基板上に形成され、前記所定の波長で発光する活性部を有する半導体層と、
前記基板の前記半導体層が形成された側と反対側の面に形成され、前記所定の波長に対して透光性を有する気泡担持体とを備え、
前記基板は、前記半導体層が形成された側と反対側の面上にオーバーハング部を含む凹凸面を有し、
前記気泡担持体は、前記凹凸面上に形成され、気泡が前記オーバーハング部により捕獲されていることを特徴とする発光装置を提供する。
前記基板は、その表面に、前記凹凸面を有する凹凸形成層を備えていることが好ましい。
前記基板は、その表面にエッチングによって前記凹凸面が形成されていても良い。
本発明の発光装置によれば、主たる光取出し面に、気泡とその周囲の部材との屈折率差が大きい気泡担持体を設けることにより、発光部で発光した光が気泡担持体で散乱するとき、その散乱光の広がりが大きくなるので、発光装置内における完全反射の繰り返しが抑えられ、光取出し効率が高くなる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す。この発光装置１は、熱伝導性の良好な銅合金、アルミニウム合金等の金属からなる一対のリードフレーム２Ａ，２Ｂと、一方のリードフレーム２Ａの上端に形成され、周囲に反射面２０ｂを有するカップ２０と、カップ２０の底面２０ａにＡｇペースト等の導電性接着剤３によって接合されたサブマウント４と、サブマウント４上にフリップチップ接合されたＬＥＤチップ５と、サブマウント４と他方のリードフレーム２Ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ７と、ＬＥＤチップ５の発光波長に対して透光性を有し、一対のリードフレーム２Ａ，２Ｂの一部、ＬＥＤチップ５およびボンディングワイヤ７を封止するとともに、ＬＥＤチップ５の発光光に指向性を付与する砲弾形状の樹脂封止部材６とを有する。
ＬＥＤチップ５は、発光波長に対して透光性を有する基板、例えば、サファイア基板５０と、サファイア基板５０上に形成され、発光部を有する窒化物半導体層５１と、サファイア基板５０の窒化物半導体層５１が形成された側と反対側の面（光取出し面）５０ａに形成され、気泡を担持する透明気泡担持体５２とを備える。
図２は、サブマウント４およびＬＥＤチップ５の詳細を示す。サブマウント４は、ｎ型シリコン基板４０と、ｎ型シリコン基板４０の一部に形成されたｐ型半導体４１と、ｎ型シリコン基板４０の上面に設けられたｎ側電極４２と、ｐ型半導体４１の上面に設けられたｐ側電極４３と、ｎ型シリコン基板４０の下面に設けられたｎ側電極４４とを備える。
ＬＥＤチップ５は、サファイア基板５０上に、バッファ層５１０、ｎ型半導体層５１１、発光部を構成する活性層５１２、およびｐ型半導体層５１３からなる窒化物半導体層５１を成長させ、ｐ型半導体層５１３上にｎ側電極５４、ｎ型半導体層５１１上にｐ側電極５３を設けたものである。このＬＥＤチップ５は、サブマウント４のｎ側電極４２およびｐ側電極４３とＬＥＤチップ５側のｎ側電極５４およびｐ側電極５３とをＡｕバンプ８Ａ，８Ｂにより接続することにより、サブマウント４上にフリップチップ接合されている。
図３は、透明気泡担持体５２の詳細を示す。この透明気泡担持体５２は、サファイア基板５０の光取出し面５０ａに形成された凹凸形成層５２０と、凹凸形成層５２０上に形成され、気泡５２１を担持する気泡担持層５２２とを備える。
凹凸形成層５２０は、サファイア基板５８０の光取出し面５０ａ上にＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＩＴＯ等の粒子を蒸着することにより、気泡５２１を捕獲するのに適したオーバーハング部を含む複雑な形状の凹凸面５２０ａを形成したものである。
気泡担持層５２２は、発光波長に対して透光性を有し、屈折率が１．７７以上のシリコン等の材料からなり、屈折率が１程度の空気、不活性ガス等のガスからなる複数の気泡５２１を担持したものである。この気泡担持層５２２は、例えば、高温で複数の気泡５２１を有する流動状態のシリコンを凹凸形成層５２０上に供給し、気泡５２１を凹凸面５２０ａのオーバーハング部に捕獲させ、その後冷却により硬化させて形成される。
この第１の実施の形態によれば、透明気泡担持体５２の気泡５２１とその周囲の気泡担持体層５２３との屈折率差が大きいため、発光部で発光した光が気泡担持体５２で散乱するとき、その散乱光の広がりが大きくなり、発光装置１内における完全反射の繰り返しが抑えられ、光取出し効率をさらに向上させることができる。また、凹凸形成層５２０の凹凸面５２０ａはオーバーハング部を有しているので、多数の気泡５２１を担持することができる。さらに、凹凸面５２０ａは複雑な形状を有しているため、発光光をこの凹凸面５２０ａでランダムな方向に反射することができ、透明気泡担持体５２と相俟って光取出し効率を向上させることができる。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る透明気泡担持体を示す。この透明気泡担持体５２は、例えば、射出発泡成形法によって作製された気泡５２１を有するシート状の気泡担持層５２３を、サファイア基板５０の光取出し面５０ａに接合したものである。この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、気泡５２１とその周囲の気泡担持体層５２３との屈折率差が大きいため、散乱光の広がりが大きくなり、完全反射の繰り返しを抑えて光取出し効率を向上させることができる。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る透明気泡担持体を示す。この透明気泡担持体５２は、サファイア基板５０の光取出し面５０ａ自体を化学的あるいは機械的にエッチングして凹凸面とし、この凹凸面の光取出し面５０ａ上に、図４に示すように、気泡５２１を担持した気泡担持層５２３を接合したものである。この第３の実施の形態によれば、凹凸面と透明気泡担持体５２により二重に光散乱を起こすことができるので、完全反射の繰り返しを抑えて光取出し効率を向上させることができる。
なお、上記各実施の形態では、サファイア基板の窒化物半導体層が形成された側と反対側の面に透明気泡担持体を設けたが、サファイア基板の側面にも前述したのと同様に設けてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るサブマウントおよびＬＥＤチップの詳細を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る透明気泡担持体を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る透明気泡担持体を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る透明気泡担持体を示す断面図である。 従来のＬＥＤチップを示す断面図である。
符号の説明
１ 発光装置
２Ａ，２Ｂ リードフレーム
３ 導電性接着剤
４ サブマウント
５ ＬＥＤチップ
６ 樹脂封止部材
７ ボンティングワイヤ
８Ａ，８Ｂ Ａｕバンプ
２０ カップ
２０ａ 底面
２０ｂ 反射面
４０ ｎ型シリコン基板
４１ ｐ型半導体
４２ ｎ側電極
４３ ｐ側電極
４４ ｎ側電極
５０ サファイア基板
５０ａ 光取出し面
５１ 窒化物半導体層
５２ 透明気泡担持体
５３ ｐ側電極
５４ ｎ側電極
１００ ＬＥＤチップ
１０１ サファイア基板
１０２ ＧａＮバッファ層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ ｐ側電極
１０６ ｎ側電極
１３０ａ，１３０ｂ バンプ
１１０ 実装基板
１０１ａ，１０１ｂ 凹凸面
５１０ バッファ層
５１１ ｎ型半導体層
５１２ 活性層
５１３ ｐ型半導体層
５２０ 凹凸形成層
５２０ａ 凹凸面
５２２ 気泡担持層
５２１ 気泡
５２３ 気泡担持層

Claims (3)

  1. 所定の波長に対して透光性を有する基板と、
    前記基板上に形成され、前記所定の波長で発光する活性部を有する半導体層と、
    前記基板の前記半導体層が形成された側と反対側の面に形成され、前記所定の波長に対して透光性を有する気泡担持体とを備え、
    前記基板は、前記半導体層が形成された側と反対側の面上にオーバーハング部を含む凹凸面を有し、
    前記気泡担持体は、前記凹凸面上に形成され、気泡が前記オーバーハング部により捕獲されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記基板は、その表面に、前記凹凸面を有する凹凸形成層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記基板は、その表面にエッチングによって前記凹凸面が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
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