半导体发光装置

摘要

在基板的一面形成发光层并在形成有发光层的同一侧形成了n侧电极和p侧电极的半导体发光装置中，需要让半导体发光元件发出的热朝次载具散发。但是，存在下述问题，即：要按照电极的大小及形状多种多样的半导体发光元件依次制作并管理兼具散热功能的连接部件是非常繁琐的。为了解决该问题，本发明公开了一种半导体发光装置。在该半导体发光装置中，使n侧电极附近的p侧凸块的形成密度提高。其结果是，在半导体发光元件和次载具之间n侧电极附近的导热面积增加，使得散热效果提高。

权利要求

1.一种半导体发光装置，具有：

次载具，在一面形成有p侧引出电极和n侧引出电极，p侧连接部件及n侧连接部件，该p侧连接部件形成在所述p侧引出电极的上表面上，该n侧连接部件形成在所述n侧引出电极的上表面上，以及半导体发光元件，在一面具有发光层，而且在所述发光层的一面上具有经由所述p侧连接部件与所述p侧引出电极电连接的p侧电极，在该发光层的所述一面具有经由所述n侧连接部件与所述n侧引出电极电连接的n侧电极，其特征在于：具有多个所述p侧连接部件，

所述发光层的所述一面由距所述n侧电极在规定距离以内的第一区域和第一区域以外的第二区域构成，所述规定距离是使该第一区域的面积成为该第二区域的面积的1/3的距离，所述第一区域中的所述p侧连接部件的底面积总和x大于所述第二区域中的所述p侧连接部件的底面积总和y的1/3，所述p侧连接部件是多个凸块。

2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于：所述多个凸块分别具有相同的底面积。

3.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于：在所述多个凸块中，存在具有不同底面积的多种凸块。

说明书

半导体发光装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体发光装置，特别是涉及一种将在基板的一面形成有n侧电极和p侧电极的半导体发光元件设置在次载具(submount)上的半导体发光装置。

背景技术

[0002] 用于发光二极管及激光二极管等的半导体发光元件是通过在蓝宝石或GaN(氮化镓)系基板上形成发光层而制得的。在基板的一面形成了电流供给用电极的这一类型的半导体发光元件从基板的未形成发光层的面射出光。该类型的半导体发光元件由于无需在射出光的出光面设置电极，因而能够射出大量的光。

[0003] 近年来，将半导体发光元件应用于照明，由于能够射出大量的光，因此大多使用上述类型的半导体发光元件，且输入的电力也逐渐增大。在基板的一侧形成了电流供给用电极的这一类型的半导体发光元件安装在通常被称作次载具的电流供给用部件上，热会朝着该次载具散发。半导体发光元件和次载具之间设置有通电用电极，该电极大多还兼作散热部件。

[0004] 在专利文献1中公开了下述半导体发光装置，即：为了能高效地进行散热，设置在发光元件上的凸块电极是以覆盖阳极(即p侧电极)的几乎整个面的大小设置的(参照专利文献1中的权利要求3)。

[0005] 还有，在专利文献2中公开了下述发明，即：仍是为了提高散热效果，而设置第一及第二大型凸块作为电极，使这些大型凸块的横截面积在半导体发光元件的横截面积的30％以上(参照专利文献2中的权利要求2)。在此，第一及第二凸块是连接在p侧电极及n侧电极上的凸块。

[0006] 专利文献1：日本公开特许公报特开2005-64412号公报

[0007] 专利文献2：日本公开特许公报特开2003-218403号公报

[0008] -发明所要解决的技术问题-

[0009] 若让大电流在半导体发光元件中流动，则因为半导体发光元件将无法转换成光的能量作为热释放出去，所以会产生热。在基板的一面形成了电流供给用电极的这一类型的半导体发光元件必须利用设置在该半导体发光元件与次载具之间的连接电极进行散热。

[0010] 散热量是由接触面积和用作连接电极的材料的导热率决定的，因而像上述专利文献那样增加接触面积的做法对于提高散热效果来说是很妥当的。但是，半导体发光元件具有多种类型，制作人员需要根据用途制作多种尺寸的半导体发光元件。

[0011] 在这样的情况下，会出现下述问题，即：要制作适合各种半导体发光元件的电极形状的连接电极会导致部件种类增加，因而工序管理就会很繁琐。本发明正是鉴于上述问题而发明出来的。

发明内容

[0012] 为了解决上述问题，本发明所涉及的半导体发光装置是这样的。该半导体发光装置具有在一面形成有p侧引出电极和n侧引出电极的次载具、在所述p侧引出电极的上表面上形成的p侧连接部件及在所述n侧引出电极的上表面上形成的n侧连接部件以及半导体发光元件。该半导体发光元件在一面具有发光层，而且在所述发光层的一面上具有经由所述p侧连接部件与所述p侧引出电极电连接的p侧电极，在该发光层的所述一面具有经由所述n侧连接部件与所述n侧引出电极电连接的n侧电极。该半导体发光装置的特征在于：具有多个所述p侧连接部件；所述发光层的所述一面由距所述n侧电极在规定距离以内的第一区域和第一区域以外的第二区域构成，所述规定距离是使该第一区域的面积成为该第二区域的面积的1/3的距离；所述第一区域中的所述p侧连接部件的底面积总和x大于所述第二区域中的所述p侧连接部件的底面积总和y的1/3。

[0013] -发明的效果-

[0014] 根据上述构成，在n侧连接部件的附近存在相对较多的p侧连接部件，因而使得n侧电极附近的散热效果提高。并且，无需为每个半导体发光装置单独制作具有散热性的电极。

附图说明

[0015] 图1(A)是实施方式所涉及的半导体发光装置的示意剖视图，图1(B)是示意俯视图。

[0016] 图2是表示作为实施方式的比较对象的半导体发光装置的结构的图。

[0017] 图3是说明实施方式所涉及的半导体发光装置的变形例的图。

[0018] 图4是说明实施方式所涉及的半导体发光装置的变形例的图。

[0019] 图5是说明实施方式所涉及的半导体发光装置的变形例的图。

[0020] 图6是表示半导体发光元件的结构的图。

[0021] 图7是表示次载具的结构的图。

[0022] -符号说明-

[0023] 1-半导体发光装置；10-半导体发光元件；11-基板；12-n型层；13-活性层；14-p型层；15-发光层；15a～15e-发光层；16-n侧电极；16a～16e-n侧电极；17-p侧电极；17a～17e-p侧电极；21-次载具；22-n侧引出电极；23-p侧引出电极；24-n侧凸块；24a～
24e-n侧凸块；25-p侧凸块；25a～25e-p侧凸块；100～105-第一区域；200～205-第二区域。

具体实施方式

[0024] 在图1中示出了所列举的半导体发光装置1。图1(A)是剖视图，图1(B)是俯视图。半导体发光装置1的结构为：在次载具21上固定有半导体发光元件10。

[0025] 半导体发光元件10的结构为：在基板上层叠了包含n型层和p型层的发光层15，在n型层上形成有n侧电极16，在p型层上形成有p侧电极17。射出光的出光面36是基板11的未形成发光层15一侧的面。图1(A)中，在半导体发光元件10的下表面(一面)形成有n侧电极16和p侧电极17。

[0026] 在次载具21的一面(上表面)形成有引出电极22、23。引出电极是用来向半导体发光元件10导通电流的电极，具有与半导体发光元件10的n型层一侧连接的n侧引出电极22及与p型层一侧连接的p侧引出电极23。

[0027] 在n侧引出电极22的上表面上，形成有与半导体发光元件10的n侧电极16连接的n侧凸块24。并且，在p侧引出电极23的上表面上，形成有与半导体发光元件10的p侧电极17连接的p侧凸块25。也就是说，在此，n侧凸块24是n侧连接部件，p侧凸块25是p侧连接部件。在图1中，n侧凸块及p侧凸块都存在多个，用符号24表示多个n侧凸块的集合，用符号25表示多个p侧凸块的集合。此外，n侧引出电极22的下表面及p侧引出电极23的下表面位于次载具21的上表面上。

[0028] 在图1所示的半导体发光装置1中，因为在形成有n侧电极16的部分不存在p型层，所以该部分不发光。为了提高发光效率，就需要尽可能地减小形成n侧电极16的部分的面积。另一方面，由于p侧电极17形成在发光层15的一面上，因而形成p侧电极17的部分可以具有很大的面积。

[0029] 若如上所述形成n侧电极16和p侧电极17的面积不同，则电流就会在n侧电极16附近集中地流动。因此，在n侧电极16附近的发热量增加，与其它部分相比温度升高，导致发光效率下降。于是，需要增大在n侧电极16附近的半导体发光元件10和次载具21之间的导热面积，来提高n侧电极16附近的散热效果。

[0030] 具体来说，将从半导体发光元件10朝次载具21进行导热的p侧凸块25设置成：在n侧电极16附近设置较多的p侧凸块25，而在远离n侧电极16的部位设置较少的p侧凸块25。准确地说，当在形成有p侧电极17的发光层15的一面中将距n侧电极16在规定距离以内的区域设为第一区域100，将发光层15的一面内第一区域以外的区域设为第二区域200时，第一区域100内的p侧凸块25的底面积总和x与第二区域200内的p侧凸块25的底面积总和y之间的关系为：x/(第一区域的面积)＞y/(第二区域的面积)。P侧凸块
25的底面积指的是位于p侧电极17上表面上的p侧凸块25的底面的面积。

[0031] 在图1中，第一区域100是距n侧电极16在规定距离L以内即扇形区域内的区域，第二区域200是形成有p侧电极17的发光层15的一面中第一区域100以外的区域。

[0032] 在此，与发光层15的一面的面积相比，若第一区域100的面积过小，则即使上述关系成立，也存在散热效果不充分的情况；反之若第一区域100的面积过大，则当上述关系成立时，会出现p侧凸块25的数量超过所需数量的情况。因此，若事先将第一区域100的面积为第二区域200的面积的1/3定为标准的话，则当上述关系成立时，就能够获得充分的散热效果，同时还能够确保所需的足够数量的p侧凸块25。如果第一区域100的面积是第二区域200的面积的1/3，则上述的x/(第一区域的面积)＞y/(第二区域的面积)的关系式将成为x/y＞1/3的关系式。

[0033] 例如，若考虑到第一区域100和第二区域200以n侧电极16为圆心成为同心圆的情况，则第一区域100的面积为第二区域200的面积的1/3是指第一区域100距n侧电极16在半径r的范围内，第二区域200在第一区域100的外侧且距n侧电极16在半径2r的范围内。当然没有必要严格地设定为1/3，即使在±20％的范围内，也能充分地发挥作为基准指标的作用。

[0034] 还有，如果x/(第一区域的面积)大于y/(第二区域的面积)，则n侧电极16附近的散热效果就会提高，不过为了进一步提高散热效果，优选x/(第一区域的面积)在y/(第二区域的面积)的1.2倍以上，更优选在1.5倍以上，特别优选在2倍以上。在图1中，x/(第一区域的面积)是y/(第二区域的面积)的大约3倍。

[0035] 在图1所示的半导体发光装置1中，用同形状同底面积的多个凸块作为p侧凸块25，通过在该p侧凸块25的布置上下功夫，使x/(第一区域的面积)＞y/(第二区域的面积)的关系成立。也就是说，在n侧电极16附近提高p侧凸块25的存在密度，在远离n侧电极16的部位降低p侧凸块25的存在密度。

[0036] 此外，在图2所示的比较用半导体发光装置1’中，因为在距n侧电极16近的地方和距n侧电极16远的地方都以一定不变的存在密度设置p侧凸块25’，所以无法像图1的半导体发光装置1那样提高n侧电极16附近的散热效果。此外，在图2中n侧凸块24’的数量为一个，而在图1中n侧凸块24的数量为三个，总底面积要比图2大。因为这一点，也使得图1的半导体发光装置1在n侧电极16附近具有较高的散热效果。

[0037] 下面，参照附图，对变形例中的半导体发光元件的部分进行说明。

[0038] 图3(A)是仅示出图1的半导体发光元件的部分的图。

[0039] 在图3(B)所示的半导体发光元件中，两个n侧电极16a、16a分别形成在矩形基板11的位于对角线上的两个角部。在此，因为具有两个n侧电极16a、16a，所以发光层15a的一面中的第一区域101、101也分为两部分，在这两部分之间存在第二区域201，两个第一区域101、101的面积之和是第二区域201的面积的1/3。在此，存在于两个第一区域101、101中的p侧凸块25a的底面积总和x是存在于第二区域201中的p侧凸块25a的底面积总和y的大约1.2倍，满足x/y＞1/3。在各个n侧电极16a、16a上分别载有三个n侧凸块24a。
还有，p侧凸块25a与p侧电极17a连接。

[0040] 在图4所示的半导体发光元件中，基板11的边部形成有n侧电极16b、16c。

[0041] 在图4(A)所示的半导体发光元件中，n侧电极16b形成在矩形基板11的一边的中央部。在此，发光层15b的一面中的第一区域102为近似半圆形，第一区域102的面积是第二区域202的面积的1/3。并且，存在于第一区域102中的p侧凸块25b的底面积总和x是存在于第二区域202中的p侧凸块25b的底面积总和y的大约1倍，满足x/y＞1/3。在n侧电极16b上载有三个n侧凸块24b。还有，p侧凸块25b与p侧电极17b连接。

[0042] 在图4(B)所示的半导体发光元件中，两个n侧电极16c、16c分别形成在矩形基板11的相对的两条边的中央部。在此，因为具有两个n侧电极16c、16c，所以发光层15c的一面中的第一区域103、103也分为两部分，在这两部分之间存在第二区域203，两个第一区域
103、103的面积之和是第二区域203的面积的1/3。并且，存在于两个第一区域103、103中的p侧凸块25c的底面积总和x是存在于第二区域203中的p侧凸块25c的底面积总和y的大约0.6倍，满足x/y＞1/3。在各个n侧电极16c上分别载有三个n侧凸块24c。还有，p侧凸块25c与p侧电极17c连接。

[0043] 在图5(A)所示的半导体发光元件中，n侧电极16d形成在矩形基板11的中央部。在此，发光层15d的一面中的第一区域104为圆形，第一区域104的面积是第二区域204的面积的1/3。并且，存在于第一区域104中的p侧凸块25d的底面积总和x是存在于第二区域204中的p侧凸块25d的底面积总和y的大约1.7倍，满足x/y＞1/3。在n侧电极16d上载有四个n侧凸块24d。还有，p侧凸块25d与p侧电极17d连接。

[0044] 在图5(B)所示的半导体发光元件中，与图3(A)相同，n侧电极16e形成在矩形基板11的一个角部，发光层15e的一面中的第一区域105及第二区域205与图1(B)所示的半导体发光元件的第一区域100及第二区域200为同形状同大小。与图1(B)的不同之处在于：存在大小不同的两种p侧凸块25e、25z。较大的p侧凸块25z的底面积是较小的p侧凸块25e的底面积的大约30倍。较大的p侧凸块25z的数量为两个，其底面的大部分位于第一区域105内。并且，存在于第一区域105中的p侧凸块25e、25z的底面积总和x是存在于第二区域205中的p侧凸块25e、25z的底面积总和y的大约1.4倍，满足x/y＞1/3。在n侧电极16e上载有三个n侧凸块24e。还有，p侧凸块25e、25z与p侧电极17e连接。

[0045] 如上所述，在所述示例的半导体发光装置中，因为n侧电极附近的p侧凸块的底面积的存在密度比远离n侧电极的区域高，所以从半导体发光元件朝次载具进行散热的散热效果提高。

[0046] 下面，对能够用于示例中的半导体发光装置的材料进行说明。

[0047] 图6(A)是表示与图1所示的半导体发光装置1对应的半导体发光元件10的剖视图，图6(B)是表示从电极面方向所看到的俯视图。半导体发光元件10由基板11、n型层12、活性层13、p型层14、n侧电极16及p侧电极17构成。将n型层12、活性层13和p型层14总称为发光层15。基板11的不存在发光层15一侧的面成为出光面36。

[0048] 基板11起到保持发光层15的作用。作为该基板11的材料，能够使用具有绝缘性的蓝宝石等。但是，在所述实施方式中，主要的目的是在基板11上的一处或多处设置了n侧电极16的情况下使因电流集中而产生的热扩散出去，所以更优选基板11使用具有导电性的材料。具体来说，在发光部分以氮化镓(GaN)为基材的情况下，为了减少在n型层12和基板11之间的界面的光反射，优选使用与发光层15具有相同折射率的GaN、SiC、AlGaN、AlN等导电性基板。还有，在发光部分以氧化锌(ZnO)为基材的情况下，优选将ZnO作为基板11的材料。

[0049] 成为发光层15的n型层12、活性层13及p型层14依次叠层在基板11上。并未特别对它们的材料加以限制，不过优选的材料为氮化镓系化合物。具体来说，能够列举出GaN的n型层12、InGaN的活性层13、GaN的p型层14。此外，也可以将AlGaN或InGaN作为n型层12及p型层14的材料。还有，能够在n型层12和基板11之间进一步设置由GaN或InGaN构成的缓冲层。还有，例如活性层13也可以成为使InGaN和GaN交替叠层起来的多层结构(量子阱结构)。

[0050] 在由这样叠层起来的n型层12、活性层13及p型层14构成的发光层15中，从面的一部分除去活性层13和p型层14，使n型层12露出。在该露出的n型层12上形成的就是n侧电极16。此外，在基板11为导电性基板的情况下，也可以进一步除去n型层12，在基板11上直接形成n侧电极16。还有，在p型层14上同样形成有p侧电极17。也就是说，通过除去活性层13和p型层14，使n型层12露出，从而能够在基板11的同一侧的面上形成发光层15、p侧电极17及n侧电极16。

[0051] 图6(B)表示从形成有n侧电极16和p侧电极17的一侧观察半导体发光元件10的状态。在图6(B)中示出了下述结构，即：p侧电极17比n侧电极16占有更多的面积。但是，并没有特别被该结构限定住，也可以根据各个半导体发光元件的设计，适当地改变p侧电极17和n侧电极16的面积比以及各个电极的形状。还能够使n侧电极16的一部分在将绝缘膜夹持在中间的情况下，以从被除去的活性层13和p型层14的侧面开始覆盖p型层14和p侧电极17表面的一部分的方式进行延伸。由此，能很容易地进行与凸块的连接。

[0052] 为了使发光层15发出的光向出光面36一侧反射，优选用由反射率高的Ag、Al、Rh等构成的电极作p侧电极17。为了降低p型层14和p侧电极17的欧姆接触电阻，更优选在p型层14和p侧电极17之间设置Pt、Ni、Co等的薄膜电极层、或具有透光性的ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等的电极层。还有，能够将Al、Ti等用作n侧电极16的材料。为了提高与凸块的接合强度，优选将Au或Al用于p侧电极17及n侧电极16的表面。能够利用真空蒸镀法、溅射法等形成这些电极。

[0053] 没有特别限定半导体发光元件10的尺寸。不过，在所述实施方式中在输入电流大的情况下，因为光量大且总面积大的元件具有特别高的散热效果，所以优选这样的元件。具体来说，优选一边在600μm以上。还能够将总面积大的半导体发光元件用作接近面发光的光源。此外，虽然半导体发光元件10的平面形状并不限于方形，但是在制作上将半导体发光元件10做成方形大多较为方便。

[0054] 图7(A)是与图1所示的半导体发光装置1对应的次载具21及凸块24、25的剖视图，图7(B)是从引出电极22、23一侧所看到的次载具21的俯视图。能够将硅稳压二极管、硅二极管、硅、氮化铝、氧化铝及其它陶瓷等作为次载具21。

[0055] 能够将金、金-锡、焊料、铟合金、导电性聚合物等作为凸块24、25的材料，特别优选金或以金为主要成分的材料。能够使用这些材料经由镀金属法、真空蒸镀法、丝网印刷法、液滴射出法、打线凸块(wire bump)法等形成凸块。

[0056] 例如在使用打线凸块法的情况下，用接合器将金线的一端接合在次载具21上的引出电极22、23上，然后切断金线，形成金凸块。还能够使用液滴射出法，即：利用与喷墨印刷相同的方法，用将金等高导电性材料的微粒纳米粒子分散在挥发性溶剂中而得到的液体进行印刷，然后使溶剂挥发以去除该溶剂，从而形成作为纳米粒子聚合体的凸块。

[0057] 逐个形成凸块24、25的方法大多容易通过更改形成装置的程序来改变凸块的形成位置，因而该方法特别适用于形成上述半导体发光装置中的凸块。

[0058] 此外，虽然对将凸块作为连接部件的情况进行了详细的说明，但是连接部件并不限于凸块。

[0059] 还有，在本说明书的整个范围内，Al表示铝，N表示氮，C表示碳，O表示氧，Ag表示银，Rh表示铑，Pt表示铂，Ni表示镍，Co表示钴，Ti表示钛，Au表示金，Ga表示镓，In表示铟，Zn表示锌，Si表示硅。

[0060] -产业实用性-

[0061] 本发明能够用于在基板的一面设置n侧电极和p侧电极并以基板的相反面作为出光面的半导体发光元件以及使用该半导体发光元件的半导体发光装置。