JPH11150295A - 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法および表示装置 - Google Patents

半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法および表示装置

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JPH11150295A
JPH11150295A JP31557997A JP31557997A JPH11150295A JP H11150295 A JPH11150295 A JP H11150295A JP 31557997 A JP31557997 A JP 31557997A JP 31557997 A JP31557997 A JP 31557997A JP H11150295 A JPH11150295 A JP H11150295A
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light emitting
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semiconductor
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Takehisa Natori
武久 名取
Kouya Tsuruta
紘冶 鶴田
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発光層より発生した光の取り出し効率を向上さ
せることができる半導体発光素子、半導体発光素子の製
造方法および表示装置を提供する。 【解決手段】Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とを積層させ
て形成され、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層の間に所定の
電圧を印加することにより光を発する発光層Ｊと、Ｐ型
半導体層とＮ型半導体層にそれぞれ接続するＰ電極およ
びＮ電極を有する半導体チップ３と、表面５、５’が発
光層Ｊの発する光の反射面となっている半導体チップ用
凹部を有し、互いに絶縁するように分割されている１対
の電極リード１、２と、１対の電極リードとＰ電極ある
いはＮ電極を接続するように１対の電極リードとＰ電極
あるいはＮ電極の間に配置されている導電層１２、１３
とを有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子、半
導体発光素子の製造方法および前記半導体発光素子を用
いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば高輝度を必要とする屋外用
の表示装置の用いる発光ダイオードのうち、青色および
緑色の発光ダイオードは例えば図９に示す構造を有す
る。例えばＧａＮのＰＮ接合による発光層を有する半導
体チップ２３のＮ電極とＮ電極リード２１が例えば金か
らなる細いワイヤ２５により接続されている。一方、半
導体チップ２３のＰ電極とＰ電極リード２２もまた金の
細いワイヤ２６により接続されている。上記の半導体チ
ップ２３とＮ電極リード２１およびＰ電極リード２２と
の接続部は、酸化アルミニウムあるいは酸化マグネシウ
ムなどのフィラーを含有する可視光透過性のエポキシ樹
脂などからなり、レンズの役割を有する封止樹脂２４に
より封止されている。また、図面と平行な方向と図面と
垂直な方向とで封止樹脂２４によるレンズの度は異なっ
て設定されており、例えば図面と平行な方向のほうが度
が弱くなっている。
【０００３】上記の発光ダイオードの要部を拡大した平
面図を図１０（ａ）に、図１０（ａ）中のＢ−Ｂ’にお
ける断面図を図１０（ｂ）に示す。Ｎ電極リード２１に
はリフレクタ面２７、２７’が形成されており、リフレ
クタ面２７、２７’で形成される凹部内に半導体チップ
２３が樹脂などの接着層３６により接着されている。半
導体チップ２３は例えばサファイア基板２８とその上層
に形成されたＧａＮのＰＮ接合体Ｊにより構成されてお
り、その上面に形成されたＮ電極３０はワイヤ２５によ
りＮ電極リード２１へ、Ｐ電極３４はワイヤ２６により
Ｐ電極リード２２へそれぞれ接続される。半導体チップ
２３のうち、Ｎ電極３０を除く領域が発光領域Ｅとなっ
ている。
【０００４】上記の半導体チップ２３をさらに拡大した
断面図を図１１に示す。例えばサファイア基板２８の上
層にＮ型ＧａＮ層２９が形成されており、その上層に例
えばアルミニウムからなるＮ電極３０が形成されてお
り、さらにＮ電極リードに接続するワイヤ２５が接続し
ている。一方、Ｎ電極３０を除く領域では、Ｎ型ＧａＮ
層２９の膜厚が厚く形成されており、その上層に活性層
３１を介してＰ型ＧａＮ層３２が形成され、ＰＮ接合を
形成している。その上層には例えば半透明の薄膜である
金からなる第１Ｐ電極３３と、第１Ｐ電極３３よりも厚
く形成された同じく金からなる第２Ｐ電極３４が形成さ
れており、Ｐ電極リードに接続するワイヤ２６が接続し
ている。また、チップ表面には例えば酸化シリコンある
いは酸化アルミニウムなどからなる保護絶縁膜３５が形
成されている。
【０００５】上記の発光ダイオードは封止樹脂により封
止されているが、例えば室内用の表示装置に用いる場合
には画素密度を上げるためにリフレクタやレンズを用い
ずにプリント基板上に例えばＧａＮのＰＮ接合による発
光層を有する半導体チップを直接導電接着して形成する
こともある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の発光ダイオードは、発光層の上層に電極が形成さ
れているために、光の透過率を下げてしまう。特に全発
光面積の約１／３を占めるワイヤボンディング部は全く
光を直接取り出すことができない。このため、光透過率
で３５〜６２％分しか光を直接取り出すことができな
い。一部の光はリフレクタにより反射されて全面に出て
くるが、それでも発生した光を有効に取り出していると
は言えない。
【０００７】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明の目的は、発光層より発生し
た光を有効に取り出すことができる半導体発光素子、半
導体発光素子の製造方法および前記半導体発光素子を用
いた表示装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体発光素子は、Ｐ型半導体層とＮ型半
導体層とを積層させて形成され、前記Ｐ型半導体層と前
記Ｎ型半導体層の間に所定の電圧を印加することにより
光を発する発光層と、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導
体層にそれぞれ接続するＰ電極およびＮ電極を有する半
導体チップと、表面が前記発光層の発する光の反射面と
なっている前記半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁
するように分割されている１対の電極リードと、前記１
対の電極リードと前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極を接続
するように前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あるいは
前記Ｎ電極の間に配置されている導電層とを有する。
【０００９】上記の半導体発光素子においては、Ｐ型半
導体層とＮ型半導体層とを積層させた発光層と、Ｐ型半
導体層とＮ型半導体層にそれぞれ接続するＰ電極および
Ｎ電極を有する半導体チップが１対の電極リードの凹部
に装着されており、１対の電極リードとＰ電極あるいは
Ｎ電極の間に配置された導電層により１対の電極リード
とＰ電極あるいはＮ電極が接続されている。発光層はＰ
型半導体層とＮ型半導体層の間に所定の電圧を印加する
ことにより光を発し、この光の一部は電極リードの凹部
表面で反射されるようになっている。
【００１０】上記の半導体発光素子によれば、半導体チ
ップと電極リードとがその間に配置された導電層により
接続されており、従来の発光ダイオードのような発光層
からの光を遮るワイヤボンディングや半透明の薄膜電極
がないために光の取り出し効率が向上する。
【００１１】また、Ｐ電極およびＮ電極の膜厚は十分に
厚くすることができるので、電極部分での光の反射率が
高まるので光の取り出し効率が向上し、電極リードの凹
部底面における光の反射率を高める必要性が少なくな
り、凹部底面を鏡面としないでよくなるので電極リード
の製造コストを抑えることができる。
【００１２】また、発光層は通電により発熱するが、従
来の半導体発光素子においては、この熱は主としてサフ
ァイア基板および接着層を介して、あるいは細い金のワ
イヤを介して電極リードへ伝導され、放熱される。この
ため、放熱は不十分であったが、本発明の半導体発光素
子においては、導電層として金属などの熱伝導性の材料
を用いることにより、発光層の通電による発熱を直接電
極リードへ伝導し、放熱することが可能となり、放熱効
率を向上させることができる。また、Ｐ電極およびＮ電
極の膜厚は十分に厚くすることができるので、電極部分
の電気抵抗が下げることが可能となり、電極部分での発
熱量を少なくすることができる。さらに半導体チップと
電極リードの凹部底面との熱膨張率の違いによる熱スト
レスを吸収するアンダーフィル封止剤に、通常の半導体
装置で実績のある不透明で熱抵抗の小さい材料を用いる
ことが可能となる。
【００１３】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
発光層が光透過性の絶縁基板に形成されている。これに
より、発光層の発する光が絶縁基板を透過してくること
となるので、発光層の発する光の取り出し効率を向上さ
せることができる。
【００１４】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
１対の電極リードがほぼ面対称形状である。また、好適
には、前記半導体チップの対角線位置で前記１対の電極
リードが分割されている。電極リードをこのような構造
とすることで凹部形成が容易となり、部品のコストを下
げることが可能となり、さらに半導体チップと電極リー
ドの位置合わせが容易になるので光軸の取り方が容易と
なる。
【００１５】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
１対の電極リードの前記凹部の底面形状が前記半導体チ
ップの形状と略相似形である。また、好適には、前記半
導体チップが略方形形状であり、前記一方の電極リード
の前記凹部の底面形状が三角形形状であり、前記三角形
の頂角の角度が、前記半導体チップの頂角のなす角度と
同じである。電極リードの凹部の底面形状を半導体チッ
プの形状に合わせることにより、半導体チップと電極リ
ードの位置合わせが容易になる。
【００１６】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
電極リードの前記凹部の深さと前記半導体チップの厚さ
がほぼ同じである。電極リードの凹部側壁の傾斜面での
反射により半導体チップの側面からの光を有効に取り出
すことができ、また、凹部側壁が高すぎて半導体チップ
を保持する治具が側壁にぶつかるということがなく、位
置合わせを正確に行うことができる。
【００１７】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
電極リードの前記凹部表面が実質的に前記発光層の発す
る光を反射する鏡面に形成されている。また、好適に
は、前記電極リードの凹部表面の側壁面が、開口側ほど
広がっているテーパ形状である。電極リードの凹部表面
を鏡面とすることで、実質的に発光層の発する光のほと
んどを反射することになり、また、側壁面を上方ほど広
がっているテーパ形状とすることで発光層の発する光を
有効に一方向に反射させることができ、半導体チップか
らの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１８】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
電極リードの前記凹部の底面に前記半導体チップの位置
決め用孔が開孔されており、前記孔が前記Ｐ電極あるい
は前記Ｎ電極に接続する導電体で埋め込まれている。こ
れにより、半導体チップと電極リードの位置合わせが容
易になる。
【００１９】上記の半導体発光素子は、好適には、導電
体により前記電極リードと接続する領域を除いて前記Ｐ
電極と前記Ｎ電極が導電体に対するぬれ性が悪い絶縁体
で被覆されている。これにより、Ｐ電極とＮ電極を保護
することが可能となり、エレクトロマイグレーションな
どの効果を防ぐことができ、さらにハンダなどの溶融金
属を用いて半導体チップと電極リードを接続するときに
自己整合的に位置決めを行うことが可能となる。
【００２０】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
凹部底面と前記半導体チップのＰ型半導体層とＮ型半導
体層の接合面とを略平行に位置決めするための少なくと
も三個の突起が前記１対の電極リードの凹部底面に形成
されている。製造上のばらつきにより、半導体チップと
凹部表面（リフレクタ）の軸がずれたり、半導体チップ
と封止樹脂のレンズとの軸がずれたりするために最大輝
度となる方向のばらつきを発生させ、最大輝度となる方
向にばらつきのある発光ダイオードを用いて表示装置を
組み立てると、画面の一様性を損なうこととなるが、位
置決めするため突起を凹部底面に形成することで、半導
体チップと凹部表面（リフレクタ）、あるいは封止樹脂
のレンズとの軸合わせ（軸角度合わせ）が容易となり、
最大輝度となる方向のばらつきを抑えることができる。
【００２１】上記の半導体発光素子は、好適には、前記
導電層が、異方性導電物質である。異方性導電フィル
ム、あるいは異方性導電材料の塗布層を１対の電極リー
ドとＰ電極あるいはＮ電極を接続する導電層とすること
ができる。この場合、電極リードへの半導体チップの接
続、位置決め、固定を同時に行うことができるので、工
程を簡略化して容易に製造することができる。
【００２２】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体発光素子の製造方法は、光透過性の絶縁性ウェ
ハ上に、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との接合体であ
り、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層の間に所定の
電圧を印加することにより光を発する発光層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体層に接続するＰ電極を形成する
工程と、前記Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する
工程と、前記Ｐ電極および前記Ｎ電極を被覆して異方性
導電層を形成する工程と、前記ウェハをダイシングして
個々の半導体チップに分割する工程と、表面が前記発光
層の発する光の反射面となっている前記半導体チップ用
凹部を有し、互いに絶縁するように分割されている１対
の電極リードに、前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あ
るいは前記Ｎ電極を前記異方性導電層を介して接続する
ように、前記半導体チップを固定する工程とを有する。
【００２３】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
は、光透過性の絶縁性ウェハ上に、Ｎ型半導体層とＰ型
半導体層との接合体であり、Ｐ型半導体層とＮ型半導体
層の間に所定の電圧を印加することにより光を発する発
光層を形成し、Ｐ型半導体層に接続するＰ電極を形成
し、Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する。その
後、Ｐ電極およびＮ電極を被覆して異方性導電層を形成
し、ウェハをダイシングして個々の半導体チップに分割
する。次に、表面が発光層の発する光の反射面となって
いる半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように
分割されている１対の電極リードに、１対の電極リード
とＰ電極あるいはＮ電極を異方性導電層を介して接続す
るように、半導体チップを固定する。
【００２４】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
によれば、半導体チップと電極リードとを異方性導電層
により接続するので、従来のような発光層からの光を遮
るワイヤや半透明の薄膜電極がなく、さらにＰ電極およ
びＮ電極の膜厚は十分に厚くすることができるので、電
極部分での光の反射率が高まり、光の取り出し効率を向
上させた半導体発光素子を製造することができる。電極
リードの凹部底面における光の反射率を高める必要性が
少なくなるので、凹部底面を鏡面としないでよくなるの
で電極リードの製造コストを抑えることができる。ま
た、ウェハのダイシング工程の前に異方性導電層を形成
するので製造が容易であり、さらに電極リードへの半導
体チップの接続、位置決め、固定を同時に行うことがで
きるので、工程を簡略化して容易に製造することができ
る。
【００２５】また、上記の目的を達成するため、本発明
の半導体発光素子の製造方法は、光透過性の絶縁性ウェ
ハ上に、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層との接合体であ
り、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層の間に所定の
電圧を印加することにより光を発する発光層を形成する
工程と、前記Ｐ型半導体層に接続するＰ電極を形成する
工程と、前記Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する
工程と、前記ウェハに格子状のスリットを入れる工程
と、前記Ｐ電極および前記Ｎ電極を被覆して異方性導電
層を形成する工程と、前記ウェハのスリット部を拡げて
個々の半導体チップに分割する工程と、表面が前記発光
層の発する光の反射面となっている前記半導体チップ用
凹部を有し、互いに絶縁するように分割されている１対
の電極リードに、前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あ
るいは前記Ｎ電極を前記異方性導電層を介して接続する
ように、前記半導体チップを固定する工程とを有する。
【００２６】光透過性の絶縁性ウェハ上に、Ｎ型半導体
層とＰ型半導体層との接合体であり、Ｐ型半導体層とＮ
型半導体層の間に所定の電圧を印加することにより光を
発する発光層を形成し、Ｐ型半導体層に接続するＰ電極
を形成し、Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する。
その後、ウェハに格子状のスリットを入れ、Ｐ電極およ
びＮ電極を被覆して異方性導電層を形成した後、ウェハ
のスリット部を拡げて個々の半導体チップに分割する。
次に、表面が発光層の発する光の反射面となっている半
導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割さ
れている１対の電極リードに、１対の電極リードとＰ電
極あるいはＮ電極を異方性導電層を介して接続するよう
に、半導体チップを固定する。
【００２７】上記の本発明の半導体発光素子の製造方法
によれば、半導体チップと電極リードとを異方性導電層
により接続するので、従来のような発光層からの光を遮
るワイヤや半透明の薄膜電極がなく、さらにＰ電極およ
びＮ電極の膜厚は十分に厚くすることができるので、電
極部分での光の反射率が高まり、光の取り出し効率を向
上させた半導体発光素子を製造することができる。電極
リードの凹部底面における光の反射率を高める必要性が
少なくなるので、凹部底面を鏡面としないでよくなるの
で電極リードの製造コストを抑えることができる。ま
た、ウェハの個々の半導体チップへの分割の前に異方性
導電層を形成するので製造が容易であり、さらに電極リ
ードへの半導体チップの接続、位置決め、固定を同時に
行うことができるので、工程を簡略化して容易に製造す
ることができる。
【００２８】また、上記の目的を達成するため、本発明
の表示装置は、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とを積層さ
せて形成され、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層の
間に所定の電圧を印加することにより光を発する発光層
と、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層にそれぞれ接
続するＰ電極およびＮ電極を有する半導体チップと、表
面が前記発光層の発する光の反射面となっている前記半
導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割さ
れている１対の電極リードと、前記１対の電極リードと
前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極を接続するように前記１
対の電極リードと前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極の間に
配置されている導電層とを有する半導体発光素子をマト
リクス状に複数個並べて形成されている。
【００２９】上記の表示装置は、半導体発光素子をマト
リクス状に複数個並べて形成されていて、この半導体発
光素子は、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とを積層させた
発光層と、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層にそれぞれ接続
するＰ電極およびＮ電極を有する半導体チップが１対の
電極リードの凹部に装着されており、１対の電極リード
とＰ電極あるいはＮ電極の間に配置された導電層により
１対の電極リードとＰ電極あるいはＮ電極が接続されて
おり、発光層はＰ型半導体層とＮ型半導体層の間に所定
の電圧を印加することにより光を発し、この光は電極リ
ードの凹部表面で反射されるようになっている。
【００３０】上記の表示装置によれば、表示装置を構成
する各半導体発光素子は、半導体チップと電極リードと
がその間に配置された導電層により接続されており、従
来のような発光層からの光を遮るワイヤボンディングや
半透明の薄膜電極がないために光の取り出し効率が向上
する。
【００３１】また、導電層として金属などの熱伝導性の
材料を用いることにより、発光層の通電による発熱を直
接電極リードへ伝導し、放熱することが可能となり、放
熱効率を向上させることができる。
【００３２】上記の表示装置は、好適には、前記複数個
の半導体発光素子のＰ電極とＮ電極の位置関係が一方向
に揃えられている。また、好適には、前記複数個の半導
体発光素子の発光中心が上側に揃えられている。また、
好適には、前記１対の電極リードの分割面が略水平方向
になるように揃えられている。これにより、表示装置の
画面の上方方向よりも下方方向、垂直方向よりも水平方
向の視野角を拡げることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
【００３４】第１実施形態 本実施形態にかかる半導体発光素子の断面図を図１に示
す。Ｐ電極リード１およびＮ電極リード２からなる１対
の電極リードに、半導体チップ用の凹部が設けられてお
り、例えばＧａＮのＰ型半導体層とＮ型半導体層のＰＮ
接合による発光層を有する半導体チップ３が凹部内に装
着されており、Ｐ型半導体層とＰ電極リード１が接続さ
れて、一方、Ｎ型半導体層とＮ電極リード２が接続され
ている。上記の半導体チップ３とＰ電極リード１および
Ｎ電極リード２との接続部は、可視光透過性のエポキシ
樹脂などからなり、レンズの役割を有する封止樹脂４に
より封止されている。
【００３５】上記の半導体発光素子の要部を拡大した平
面図を図２（ａ）に、図２（ａ）中のＡ−Ａ’における
断面図を図２（ｂ）に示す。略面対称形状であり、対称
的に配置されたＰ電極リード１とＮ電極リード２からな
る１対の電極リードに、表面が半導体チップ３の発光層
の発する光の反射面となっている凹部が設けられてお
り、半導体チップ３が装着されている。凹部の底面５’
は略正方形形状の半導体チップ３と略相似形で半導体チ
ップ３よりも僅かに大きな形状であり、一方の電極リー
ドの底面形状は略二等辺直角三角形となっている。ま
た、電極リードの凹部の側壁面５は底面に対して約４５
度に傾いた斜面で構成されており、開口側ほど広がって
いるテーパ形状となっている。電極リードの凹部の少な
くとも側壁面は、半導体チップ３の発光層の発する光を
ほとんど反射する鏡面となっていることが好ましい。個
々の電極リードの略二等辺直角三角形形状の底面の直角
の近傍には、半導体チップとの接続部に位置決め用の孔
Ｈ１、Ｈ２が開孔されており、また、底面の長辺近傍に
は位置決め用の突起１５が１対の電極リードに対して少
なくとも３か所以上、図面上は個々の電極リードに対し
て２か所づつ（計４か所）形成されている。
【００３６】上記の突起上１５に、半導体チップ３が配
置されている。半導体チップ３は例えばサファイア基板
６とＧａＮのＰＮ接合体Ｊにより構成されており、例え
ばＰＮ接合体中のＰ型半導体層に接続するようにはんだ
などの金属、あるいは導電性接着剤などからなり熱伝導
性である半球形状の導電層１２が形成され、Ｐ電極リー
ド１の凹部底面の孔Ｈ１に埋め込まれている。同じく、
Ｎ型半導体層にも熱伝導性である半球形状の導電層１３
が形成され、Ｎ電極リード２の凹部底面の孔Ｈ２に埋め
込まれている。導電層１２、１３以外の領域は、アンダ
ーフィル封止剤１４により封止され、アンダーフィル封
止剤１４を接着剤として半導体チップ３が凹部底面に固
定される。半導体チップ３のうち、Ｎ電極に接続する導
電層１３を除く領域が発光領域Ｅとなっている。凹部の
深さと半導体チップ３の厚さがほぼ同じであり、半導体
チップの表面と電極リードの発光面側の表面の高さがほ
ぼ同じになっている。
【００３７】上記の半導体チップ３近傍をさらに拡大し
た断面図を図３に示す。例えば光透過性である透明なサ
ファイア基板６の下層にＮ型ＧａＮからなるＮ型半導体
層７が形成されており、その下層に例えば金からなるＮ
電極１０が形成されており、導電層１３を介してＮ電極
リード２の底面表面の孔Ｈ２において接続している。一
方、Ｎ電極１０を除く領域では、Ｎ型半導体層７とＰ型
ＧａＮのＰ型半導体層８が積層されている。Ｐ型半導体
層８の下層には、Ｐ型半導体層８に接続する例えば金か
らなるＰ電極９が一様な膜厚で厚く形成されており、導
電層１２を介してＰ電極リード１の底面表面の孔Ｈ１に
おいて接続している。一様な厚い膜厚のＰ電極は、発光
層の下面を完全反射面とすることができる。また、Ｐ電
極９およびＮ電極１３を例えば酸化シリコンあるいは酸
化アルミニウムなどからなる保護絶縁膜１１が被覆して
形成されていて、エレクトロマイグレーションなどの効
果を防ぐことができる。さらに、半導体チップと電極リ
ードの間隙はアンダーフィル封止剤１４により封止され
ている。
【００３８】上記の本実施形態の発光素子によれば、半
導体チップと電極リードとがその間に配置された導電層
により接続されており、従来のような発光層からの光を
遮るワイヤボンディングや半透明の薄膜電極がないため
に光の取り出し効率が向上する。また、電極リードと導
電層を接続する部位の電極リードの凹部底面に位置決め
用の孔が開孔されており、さらに底面に位置決め用の突
起が形成されているので、半導体チップと凹部表面（リ
フレクタ）、あるいは封止樹脂のレンズとの軸合わせが
容易となり、最大輝度となる方向のばらつきを抑えるこ
とができる。
【００３９】また、導電層として金属などの熱伝導性の
材料を用いることにより、発光層の通電による発熱を直
接電極リードへ伝導し、放熱することが可能となり、放
熱効率を向上させることができる。また、Ｐ電極および
Ｎ電極の膜厚は十分に厚くすることができるので、電極
部分の電気抵抗が下げることが可能となり、電極部分で
の発熱量を少なくすることができる。さらに半導体チッ
プと電極リードの凹部底面との熱膨張率の違いによる熱
ストレスを吸収するアンダーフィル封止剤に、通常の半
導体装置で実績のある不透明で熱抵抗の小さい材料を用
いることが可能となる。
【００４０】また、従来の半導体発光素子において、半
導体チップの裏面側から出る光はエポキシ樹脂などの接
着剤層を介してリフレクタ面（電極リード凹部表面）で
反射し、凹部の開口側へ出るようにしていたが、半導体
チップの発光が接着剤層に照射して茶色などの色に変色
するため、特に青色の半導体発光素子は発光する光を接
着剤層に吸収されてしまい、寿命が短くなってしまう
が、上記の本実施形態の半導体発光素子はＰ電極および
Ｎ電極の発光層側表面が反射面となり、発光する光は接
着剤層あるいはアンダーフィル封止剤に実質的に到達し
なく、上記の問題を回避でき、寿命を従来よりものばす
ことができる。
【００４１】第２実施形態 本実施形態にかかる半導体発光素子は、図１に示す第１
実施形態の半導体発光素子と実質的に同じである。本実
施形態の半導体発光素子の要部を拡大した平面図を図４
（ａ）に、図４（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図を図
４（ｂ）に示す。第１実施形態の半導体発光素子と異な
り、個々の電極リード半導体チップとの接続部に位置決
め用の孔が開孔されておらず、また、底面の長辺近傍に
は位置決め用の突起も形成されていない。ＰＮ接合体中
のＰ型半導体層に接続するＰ電極にはＰ電極凸部１６が
形成されており、また、Ｎ電極にはＮ電極凸部１７が形
成されている。例えば異方性導電フィルムからなる異方
性導電層１８を介して、Ｐ電極凸部１６はＰ電極リード
１へ、Ｎ電極凸部１７はＮ電極リード２へ、それぞれ接
続しており、Ｐ電極およびＮ電極間は異方性導電層１８
により絶縁されている。また、異方性導電層１８により
半導体チップ３が電極リードの凹部底面に固定されてい
る。
【００４２】上記の半導体チップ３近傍をさらに拡大し
た断面図を図５に示す。例えば光透過性である透明なサ
ファイア基板６の下層にＮ型ＧａＮからなるＮ型半導体
層７が形成されており、その下層に例えば金からなるＮ
電極１０およびＮ電極凸部１７が形成されている、一
方、Ｎ電極１０を除く領域では、Ｎ型半導体層７とＰ型
ＧａＮのＰ型半導体層８が積層されている。Ｐ型半導体
層８の下層には、Ｐ型半導体層８に接続する例えば金か
らなるＰ電極９が一様な膜厚で厚く形成されており、そ
の下層にＰ電極凸部１６が形成されている。上記のＰ電
極９、Ｐ電極凸部１６、Ｎ電極１０およびＮ電極凸部１
７は例えば異方性導電フィルムからなる異方性導電層１
８に被覆されている。Ｐ電極凸部１６下部およびＮ電極
凸部１７下部の異方性導電層は押しつぶされて薄くなっ
ており、異方性導電層中の導電性粒子（図中黒い点で表
示）が、その下部にあるＰ電極リード１とＰ電極凸部１
６の間、あるいはＮ電極リード２とＮ電極凸部１７の間
の導通をもたらす。
【００４３】上記の本実施形態の半導体発光素子は、異
方性導電フィルム、あるいは異方性導電材料を塗布して
形成した異方性導電層を１対の電極リードとＰ電極ある
いはＮ電極を接続する導電層としており、電極リードへ
の半導体チップの接続、位置決め、固定を同時に行うこ
とができるので、工程を簡略化して容易に製造すること
ができる。また、第１実施形態の個々の電極リード半導
体チップとの接続部に形成する位置決め用の孔、あるい
は底面の長辺近傍などに形成される位置決め用の突起は
必要なく、容易に形成することができる半導体発光素子
である。
【００４４】上記の半導体発光素子の製造方法について
説明する。まず、図６（ａ）に示すように、例えば光透
過性である透明なサファイアウェハ６上に例えばエピタ
キシャル成長によりＮ型ＧａＮからなるＮ型半導体層７
を形成し、その上層にＰ型ＧａＮのＰ型半導体層８を形
成する。Ｐ型半導体層８の上層には例えば金からなるＰ
電極９およびＰ電極凸部１６を形成し、一方Ｎ型半導体
層７の上層にも同じく例えば金からなるＮ電極１０およ
びＮ電極凸部１７を形成する。
【００４５】次に、図６（ｂ）に示すように、Ｐ電極
９、Ｐ電極凸部１６、Ｎ電極１０およびＮ電極凸部１７
上に例えば異方性導電フィルムを被覆して、あるいは異
方性導電材料を塗布して、異方性導電層１８を形成す
る。
【００４６】次に、図６（ｃ）に示すように、ダイシン
グ工程により、１つのウェハを個々の半導体チップ（図
面上Ｃ１、Ｃ２）に分割する。以降の工程としては、各
半導体チップを電極凸部側から１対の電極リードに押し
つけて、異方性導電層１８を押しつぶし、異方性導電層
１８の接着力により固定する。このとき、Ｐ電極凸部１
６とＰ電極リード１との間、あるいは、Ｎ電極凸部１７
とＮ電極リード２との間の異方性導電層１８は薄く押し
つぶされ、異方性導電層１８中の導電性粒子により、Ｐ
電極凸部１６とＰ電極リード１との間およびＮ電極凸部
１７とＮ電極リード２との間に導通がもたらされる。次
に、例えば封止樹脂で全体を封止するなどして半導体発
光素子とする。
【００４７】次に、上記の製造方法と別の製造方法につ
いて説明する。まず、図７（ａ）に至るまでの工程は上
記の方法と同様である。次に、図７（ｂ）に示すよう
に、ウェハの各半導体チップに分割位置に格子状のスリ
ットＳを入れる。このとき、個々の半導体チップに完全
に分割しないように、スリットはウェハの途中まで入れ
て止める。
【００４８】次に、図７（ｃ）に示すように、Ｐ電極
９、Ｐ電極凸部１６、Ｎ電極１０およびＮ電極凸部１７
上に例えばロール転写印刷法などにより異方性導電材料
を塗布して、異方性導電層１８を形成する。このとき、
スリット部Ｓには異方性導電層は形成しないようにす
る。
【００４９】次に、図７（ｄ）に示すように、ウェハに
図示しないエキスパンドフィルムを貼り付け、スリット
部Ｓを拡げるようにして分割し、１つのウェハを個々の
半導体チップ（図面上Ｄ１、Ｄ２）に分割する。以降の
工程としては、上記の方法と同様にして、例えば各半導
体チップを電極凸部側から１対の電極リードに押しつけ
て、Ｐ電極凸部１６とＰ電極リード１との間、あるい
は、Ｎ電極凸部１７とＮ電極リード２との間を異方性導
電層１８中の導電性粒子により導通するようにして固定
し、封止樹脂で全体を封止するなどして半導体発光素子
とする。
【００５０】上記の本実施形態の半導体発光素子の製造
方法によれば、半導体チップと電極リードとを異方性導
電層により接続するので、従来のような発光層からの光
を遮るワイヤや半透明の薄膜電極がなく、さらにＰ電極
およびＮ電極の膜厚は十分に厚くすることができるの
で、電極部分での光の反射率が高まり、光の取り出し効
率を向上させた半導体発光素子を製造することができ
る。電極リードの凹部底面における光の反射率を高める
必要性が少なくなるので、凹部底面を鏡面としないでよ
くなるので電極リードの製造コストを抑えることができ
る。また、ウェハの個々の半導体チップへの分割の前に
異方性導電層を形成するので製造が容易であり、さらに
電極リードへの半導体チップの接続、位置決め、固定を
同時に行うことができるので、工程を簡略化して容易に
製造することができる。
【００５１】第３実施形態 本実施形態にかかる表示装置の模式図を図８に示す。第
１実施形態あるいは第２実施形態にかかる半導体発光素
子を複数個マトリクス状に並べて形成した表示装置であ
る。図面上は３個の半導体発光素子（ＬＥＤ１、ＬＥＤ
２、ＬＥＤ３）で代表して示している。表示画面を垂直
に置いて用いられる表示装置としたときの表示画面の水
平方向を方向Ｈで、垂直方向を方向Ｖで示している。各
半導体発光素子のＰ電極１２とＮ電極１３の位置関係が
一方向に揃えられている。ここでは、各半導体発光素子
のＰ電極１２が上側（図面上ｕ側）となるように揃えら
れている。また、複数個の半導体発光素子３の発光中心
ＥＣが上側に揃えられている。また、１対の電極リード
１、２の分割面が略水平方向（図面上Ｈ方向）になるよ
うに揃えられている。これにより、表示装置の画面の上
方方向よりも下方方向、垂直方向よりも水平方向の視野
角を拡げることができる。各半導体発光素子が高輝度で
あるので、屋外用の高輝度が必要な表示装置を提供する
ことができる。
【００５２】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。例えば、半導体チップの基板はサファイア基板に限
らず、透明であればどんな基板でも用いることができ
る。また、半導体層もＧａＮの他の半導体を用いること
が可能である。Ｐ電極およびＮ電極は特に限定はない
が、膜厚を厚くすることで光を反射することができる材
料であることが望ましい。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、発光
層より発生した光を有効に取り出すことが可能な半導体
発光素子を提供することができる。
【００５４】本発明の半導体発光素子の製造方法によれ
ば、本発明の半導体発光素子を容易に製造可能で、光の
取り出し効率を向上させた半導体発光素子を製造するこ
とができる。
【００５５】また本発明の表示装置によれば、上記の本
発明の半導体発光素子をマトリクス状に複数個並べて形
成した、発光層より発生した光を有効に取り出すことが
可能な表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態にかかる半導体発光素子の
模式図である。
【図２】図２（ａ）は第１実施形態にかかる半導体発光
素子の要部を拡大した平面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】図３は図２（ｂ）の半導体チップ近傍をさらに
拡大した断面図である。
【図４】図４（ａ）は第２実施形態にかかる半導体発光
素子の要部の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の
Ａ−Ａ’における断面図である。
【図５】図５は図４（ｂ）の半導体チップ近傍をさらに
拡大した断面図である。
【図６】図６は第２実施形態にかかる半導体発光素子の
製造方法の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はＮ電
極凸部およびＰ電極凸部の形成工程まで、（ｂ）は異方
性導電層の形成工程まで、（ｃ）はダイシング工程まで
を示す。
【図７】図７は第２実施形態にかかる半導体発光素子の
製造方法の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はＮ電
極凸部およびＰ電極凸部の形成工程まで、（ｂ）はウェ
ハに格子状のスリットを入れる工程まで、（ｃ）は異方
性導電層の形成工程まで、（ｄ）は個々の半導体チップ
に分割する工程までを示す。
【図８】図８は第３実施形態にかかる表示装置の模式図
である。
【図９】図９は従来例にかかる半導体装置の模式図であ
る。
【図１０】図１０（ａ）は従来例にかかる半導体装置の
要部拡大図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−
Ｂ’における断面図である。
【図１１】図１１は図１０（ｂ）の半導体チップ近傍を
さらに拡大した断面図である。
【符号の説明】
１…Ｐ電極リード、２…Ｎ電極リード、３…半導体チッ
プ、４…封止樹脂（レンズ）、５…半導体チップ用凹部
側壁面、５’…半導体チップ用凹部底面、６…サファイ
ア基板、７…Ｎ型半導体層、８…Ｐ型半導体層、９…Ｐ
電極、１０…Ｎ電極、１１…保護絶縁膜、１２、１３…
導電層、１４…アンダーフィル封止剤、１５…位置決め
用突起、１６…Ｐ電極凸部、１７…Ｎ電極凸部、１８…
異方性導電層、Ｈ１、Ｈ２…位置決め用孔、Ｊ…ＰＮ接
合体、Ｅ…発光領域、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２…半導体
チップ、Ｓ…スリット、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３…半導体発
光素子、２１…Ｎ電極リード、２２…Ｐ電極リード、２
３…半導体チップ、２４…封止樹脂（レンズ）、２５、
２６…ワイヤ、２７…半導体チップ用凹部側壁面、２
７’…半導体チップ用凹部底面、２８…サファイア基
板、２９…Ｎ型半導体層、３０…Ｎ電極、３１…活性
層、３２…Ｐ型半導体層、３３…第１Ｐ電極、３４…第
２Ｐ電極、３５…保護絶縁膜、３６…接着層。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とを積層させ
    て形成され、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層の間
    に所定の電圧を印加することにより光を発する発光層
    と、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層にそれぞれ接
    続するＰ電極およびＮ電極を有する半導体チップと、 表面が前記発光層の発する光の反射面となっている前記
    半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割
    されている１対の電極リードと、 前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極
    を接続するように前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あ
    るいは前記Ｎ電極の間に配置されている導電層とを有す
    る半導体発光素子。
  2. 【請求項２】前記発光層が光透過性の絶縁基板に形成さ
    れている請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項３】前記１対の電極リードがほぼ面対称形状で
    ある請求項１記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項４】前記半導体チップの対角線位置で前記１対
    の電極リードが分割されている請求項１記載の半導体発
    光素子。
  5. 【請求項５】前記１対の電極リードの前記凹部の底面形
    状が前記半導体チップの形状と略相似形である請求項１
    記載の半導体発光素子。
  6. 【請求項６】前記半導体チップが略方形形状であり、前
    記一方の電極リードの前記凹部の底面形状が三角形形状
    であり、前記三角形の頂角の角度が、前記半導体チップ
    の頂角のなす角度と同じである請求項５記載の半導体発
    光素子。
  7. 【請求項７】前記電極リードの前記凹部の深さと前記半
    導体チップの厚さがほぼ同じである請求項１記載の半導
    体発光素子。
  8. 【請求項８】前記電極リードの前記凹部表面が実質的に
    前記発光層の発する光を反射する鏡面に形成されている
    請求項１記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】前記電極リードの凹部表面の側壁面が、開
    口側ほど広がっているテーパ形状である請求項１記載の
    半導体発光素子。
  10. 【請求項１０】前記電極リードの前記凹部の底面に前記
    半導体チップの位置決め用孔が開孔されており、前記孔
    が前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極に接続する導電体で埋
    め込まれている請求項１記載の半導体発光素子。
  11. 【請求項１１】導電体により前記電極リードと接続する
    領域を除いて前記Ｐ電極と前記Ｎ電極が導電体に対する
    ぬれ性が悪い絶縁体で被覆されている請求項１記載の半
    導体発光素子。
  12. 【請求項１２】前記凹部底面と前記半導体チップのＰ型
    半導体層とＮ型半導体層の接合面とを略平行に位置決め
    するための少なくとも三個の突起が前記１対の電極リー
    ドの凹部底面に形成されている請求項１記載の半導体発
    光素子。
  13. 【請求項１３】前記導電層が、異方性導電物質である請
    求項１記載の半導体発光素子。
  14. 【請求項１４】光透過性の絶縁性ウェハ上に、Ｎ型半導
    体層とＰ型半導体層との接合体であり、前記Ｐ型半導体
    層と前記Ｎ型半導体層の間に所定の電圧を印加すること
    により光を発する発光層を形成する工程と、 前記Ｐ型半導体層に接続するＰ電極を形成する工程と、 前記Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する工程と、 前記Ｐ電極および前記Ｎ電極を被覆して異方性導電層を
    形成する工程と、 前記ウェハをダイシングして個々の半導体チップに分割
    する工程と、 表面が前記発光層の発する光の反射面となっている前記
    半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割
    されている１対の電極リードに、前記１対の電極リード
    と前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極を前記異方性導電層を
    介して接続するように、前記半導体チップを固定する工
    程とを有する半導体発光素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】光透過性の絶縁性ウェハ上に、Ｎ型半導
    体層とＰ型半導体層との接合体であり、前記Ｐ型半導体
    層と前記Ｎ型半導体層の間に所定の電圧を印加すること
    により光を発する発光層を形成する工程と、 前記Ｐ型半導体層に接続するＰ電極を形成する工程と、 前記Ｎ型半導体層に接続するＮ電極を形成する工程と、 前記ウェハに格子状のスリットを入れる工程と、 前記Ｐ電極および前記Ｎ電極を被覆して異方性導電層を
    形成する工程と、 前記ウェハのスリット部を拡げて個々の半導体チップに
    分割する工程と、 表面が前記発光層の発する光の反射面となっている前記
    半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割
    されている１対の電極リードに、前記１対の電極リード
    と前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極を前記異方性導電層を
    介して接続するように、前記半導体チップを固定する工
    程とを有する半導体発光素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とを積層さ
    せて形成され、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層の
    間に所定の電圧を印加することにより光を発する発光層
    と、前記Ｐ型半導体層と前記Ｎ型半導体層にそれぞれ接
    続するＰ電極およびＮ電極を有する半導体チップと、 表面が前記発光層の発する光の反射面となっている前記
    半導体チップ用凹部を有し、互いに絶縁するように分割
    されている１対の電極リードと、 前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あるいは前記Ｎ電極
    を接続するように前記１対の電極リードと前記Ｐ電極あ
    るいは前記Ｎ電極の間に配置されている導電層とを有す
    る半導体発光素子をマトリクス状に複数個並べて形成さ
    れている表示装置。
  17. 【請求項１７】前記複数個の半導体発光素子のＰ電極と
    Ｎ電極の位置関係が一方向に揃えられている請求項１６
    記載の表示装置。
  18. 【請求項１８】前記複数個の半導体発光素子の発光中心
    が上側に揃えられている請求項１６記載の表示装置。
  19. 【請求項１９】前記１対の電極リードの分割面が略水平
    方向になるように揃えられている請求項１６記載の表示
    装置。
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