(57)【要約】【課題】従来は光半導体装置自体の大きさが小さく微細加工が困難なため、振動や歪みにより封止部材と筐体とが接触したり、接触していたものが剥離したりすることがあった。封止部材と筐体とが接触したり、接触していたものが剥離したりすると、全反射の場所やその割合が変化するため、光の出射効率が変動するという課題を有していた。  本発明は、光の出射効率を高めつつ、かつ、安定な出射効率を得ることのできる光半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】    上記目的を達成するために、本発明は、光半導体素子の周りの開口部が基板から徐々に拡大し透光性の材料からなる筐体を基板上に配置し、筐体よりも屈折率の大きい透光性の材料からなる封止部を開口部に形成し、筐体と封止部との間を密着させた光半導体装置である。【選択図】図２
2006351882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に配置された半導体発光素子と、
前記基板側下部から上部に向けて漸次拡大する開口部が前記半導体発光素子の周囲を取り囲むように前記基板の上面に配置され、透光性の材料からなる筐体と、
前記半導体発光素子を覆うように前記筐体の開口部に形成され、透光性の材料からなる封止部と、を備え、
前記封止部の透光性の材料の屈折率が前記筐体の透光性の材料の屈折率よりも大きいことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記筐体の前記封止部に接する面が粗面加工されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置
【請求項３】
前記筐体に反射粒子が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記封止部に蛍光材料が添加されていることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を備える光半導体装置に関する。特に、表示用又は照明用の光源として利用する光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光素子を備える光半導体装置は、カップ状部の中心に発光素子を備え、カップ状部との間に空間を形成しながら、カップ状部に光透過性の樹脂を充填していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の光半導体装置の構成例を図１に示す。図１において、８１は発光素子、８２は発光素子８１を覆う封止部材、８３はカップ状の筐体、８４は封止部材８２と筐体８３との間の空気層、８５は発光素子８１等を搭載する基板である。
【０００４】
基板８５に筐体８３を配置してから、発光素子８１を搭載し、発光素子８１の電極と基板８５上の配線パターンとをリードで接続する。次に、封止部材８２を筐体８３との間に空気層８４が生じるように形成する。
【０００５】
封止部材８２の屈折率は、空気の屈折率よりも大きいため、発光素子８１から発光した光は封止部材８２の側面で全反射されやすく、光半導体装置からの光の出射効率を高めることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６１３３３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、光半導体装置自体の大きさが小さく微細加工が困難なため、振動や歪みにより封止部材８２と筐体８３とが接触したり、接触していたものが剥離したりすることがあった。封止部材８２と筐体８３とが接触したり、接触していたものが剥離したりすると、全反射する場所やその割合が変化するため、光の出射効率が変動するという課題を有している。
【０００８】
本発明は、光の出射効率を高めつつ、かつ、安定な出射効率を得ることのできる光半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に光半導体素子を配置し、その光半導体素子の周りに、開口部が基板側から徐々に拡大し透光性の材料からなる筐体を配置し、筐体の開口部に、筐体よりも屈折率の大きい透光性の材料で封止部を形成し、筐体と封止部との間を密着させた光半導体装置である。
【００１０】
具体的には、本発明は、基板の上面に配置された半導体発光素子と、前記基板側下部から上部に向けて漸次拡大する開口部が前記半導体発光素子の周囲を取り囲むように前記基板の上面に配置され、透光性の材料からなる筐体と、前記半導体発光素子を覆うように前記筐体の開口部に形成され、透光性の材料からなる封止部と、を備え、前記封止部の透光性の材料の屈折率が前記筐体の透光性の材料の屈折率よりも大きいことを特徴とする光半導体装置である。
【００１１】
本発明により、筐体の開口部はテーパ状になっており、また封止部の材料は筐体の材料よりも屈折率が大きいため、一定角度以上の入射角で封止部と筐体との界面に到達した光は全反射され、光半導体装置からの光の出射効率を高めることができる。さらに、筐体と封止部との間を密着させているため、安定な出射効率を得ることができる。
【００１２】
本発明において、前記筐体の前記封止部に接する面が粗面加工されていることが好ましい。
【００１３】
本発明により、筐体と封止部との間の密着性が向上し、光半導体装置は安定な出射効率を得ることができる。
【００１４】
本発明において、前記筐体に反射粒子が含まれていてもよい。
【００１５】
本発明により、封止部から筐体に入射した光が、反射粒子によって筐体内で吸収されるため、光半導体装置からの出射パターンが一定となる。
【００１６】
本発明において、前記封止部に蛍光材料が添加されていてもよい。
【００１７】
本発明により、半導体発光素子で発光した光が蛍光材料で波長変換され、光半導体装置の出射スペクトルを調整することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、光の出射効率を高めつつ、かつ、安定な出射効率を得ることのできる光半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
本実施形態は、基板の上面に配置された半導体発光素子と、その基板の側である下部から上部に向けて漸次拡大する開口部が前記半導体発光素子の周囲を取り囲むように前記基板の上面に配置され、透光性の材料からなる筐体と、前記半導体発光素子を覆うように前記筐体の開口部に形成され、透光性の材料からなる封止部と、を備え、その封止部の透光性の材料の屈折率が前記筐体の透光性の材料の屈折率よりも大きいことを特徴とする光半導体装置である。
【００２１】
本発明の光半導体装置の構成を図２及び図３で説明する。図２は、本発明の実施形態である光半導体装置の斜視図である。図３は図２の光半導体装置の断面図及び上面図である。図３（ａ）は図２の光半導体装置の斜視図において、Ａ−Ａ’線を含む、図２の基板１５に垂直な面での断面図であり、図３（ｂ）は図２の光半導体装置の上面図である。
【００２２】
図２及び図３において、１０は光半導体装置、１１は半導体発光素子、１２は透光性の材料からなる封止部、１４は透光性の材料からなる筐体、１５は上面に半導体発光素子１１等を配置する基板、２１−１は半導体発光素子１１の電極と後述するリードフレーム２３−１とを接続するボンディングワイヤ、２１−２は半導体発光素子１１の電極と後述するリードフレーム２３−２とを接続するボンディングワイヤ、２３−１はボンディングワイヤ２１−１と後述するスルーホール２４−１内の配線とを接続するリードフレーム、２３−２はボンディングワイヤ２１−２とスルーホール２４−２内の配線とを接続するリードフレーム、２３−３はスルーホール２４−１内の配線に接続されるリードフレーム、２３−４はスルーホール２４−２内の配線に接続されるリードフレーム、２４−１及び２４−２はそれぞれ基板１５を貫通するスルーホールであって、その内壁が金属で被覆されて配線が形成されている。但し、図３（ｂ）において、封止部１２は省略している。
【００２３】
基板１５は絶縁物で構成される。例えば、セラミックスやガラスエポキシである。
【００２４】
基板１５の上面には半導体発光素子１１が配置され、ボンディングワイヤ２１−１及び２１−２で供給される電流により所定の波長で発光する。半導体発光素子としては、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるＩＩＩ族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子が例示できる。半導体発光素子１１が例えばサファイア基板上に形成された半導体層を備える場合は、半導体発光素子１１を基板１５に直接搭載してもよいし、リードフレーム２３−１又は２３−２上に搭載してもよい。半導体発光素子１１が半導体基板上に形成された半導体層を備える場合は、ボンディングワイヤを削減するために、半導体発光素子１１をリードフレーム２３−１又は２３−２上に搭載することが好ましい。また、半導体発光素子１１が絶縁体上に形成された半導体層を備える場合でも、放熱性の向上のために、半導体発光素子１１をリードフレーム２３−１又は２３−２上に搭載することが好ましい。
【００２５】
基板１５の上面には、半導体発光素子１１を取り囲むように筐体１４が配置されている。筐体１４は、基板面から上部に向けて徐々に拡大するテーパ状の開口部を有し、半導体発光素子１１で発光した光を開口部の内側側面で基板上方方向に反射する。テーパは直線状ものでも、波線状のものでも、階段状のものでもよい。少なくとも筐体１４の開口部内側側面の一部が半導体発光素子１１からの光を基板上方方向に反射する面を有していればよい。
【００２６】
図２では、筐体１４の開口部の基板１５に平行な断面は四角形としているが、四角形でなくとも、多角形や円形、楕円形でもよい。また、筐体１４は単一の材料、単一の構造でなくてもよい。複数の材料で構成したり、複数の構造物を組み合わせたりしてもよい。
【００２７】
筐体１４の封止部１２に接する面は、例えばサンドブラスト加工で粗面加工されていることが好ましい。筐体１４が粗面加工されていると、筐体１４と封止部１２との間の密着性が向上し、剥離を防止することができるため、後述する封止部１２と筐体１４との界面で生じる全反射が安定して発生する。安定して全反射が発生すると、光半導体装置１０は安定な出射効率を得ることができる。
【００２８】
筐体１４の材料としては、透光性の材料であればよい。例えば、エポキシ樹脂が例示できる。筐体１４には反射粒子が含まれていることが好ましい。反射粒子として、例えば、銀やアルミニウム等の金属箔や金属粉を混入してもよい。白色系の液晶ポリマーを筐体材料としてもよい。筐体１４にこのような反射粒子が含まれていると、封止部１２から筐体１４に入射した光が、筐体１４内で吸収されるため、光半導体装置１０からの出射パターンに偏りがなく一定の形状となる。
【００２９】
基板１５の上面には、透光性の材料で筐体１４の開口部を埋め、半導体発光素子１１を覆うように封止部１２が形成されている。半導体発光素子１１から光を効率的に出射させるため、封止部１２の材料の屈折率は半導体発光素子１１の半導体層に近いことが好ましい。比較的屈折率が高く、加工の容易な材料として、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等が例示できる。
【００３０】
封止部１２は単一の材料や単一の構成でなくともよい。複数の材料で構成したり、複数の構造物を組み合わせたりしてもよい。
【００３１】
封止部１２の材料の屈折率は、筐体１４の材料の屈折率よりも大きく設定する。半導体発光素子１１からの光が封止部１２から筐体１４に入射する際に、封止部１２と筐体１４との界面で生じる全反射を利用することができるため、光半導体装置１０からの出射効率を高くすることができる。
【００３２】
また、封止部１２には蛍光材料が添加されていてもよい。蛍光材料は、半導体発光素子１１で発光する光の波長よりも小さいエネルギーギャップを有することにより、半導体発光素子１１で発光する光に反応して、長い波長の光に変換することができる。例えば、青色で発光する半導体発光素子からの光を、青色の補色に変換して両者を加法混色させることによって白色光としてもよいし、加法混色により種々のスペクトルの出射光とすることでもよい。
【００３３】
基板１５には、スルーホール２４−１が設けられ、スルーホール２４−１の内壁を覆う金属の配線で基板１５上面のリードフレーム２３−１と基板下面のリードフレーム２３−３とを接続する。また、スルーホール２４−２が設けられ、スルーホール２４−２の内壁を覆う金属の配線で基板１５上面のリードフレーム２３−２と基板下面のリードフレーム２３−４とを接続する。このようなリードフレームで電極を光半導体装置１０の外に取り出すことによって、回路基板やフレキシブル配線基板上にフリップチップ接続をすることができる。
【００３４】
本発明の光半導体装置１０の製造方法を説明する。図４（１）〜図４（４）は光半導体装置１０の製造方法を説明する図である。図４（１）〜図４（４）において、図２又は図３と同じ符号は同じ意味を表す。
【００３５】
まず、複数の半導体発光素子１１を搭載することのできる基板１５に貫通するスルーホール２４を形成し、スルーホール２４の内壁を金属でメッキ等をすることによって、基板１５の上面と下面を結ぶ配線を形成する（図４（１））。基板１５の上面と下面には所定のパターンでリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３及び２３−４を形成する（図４（１））。スルーホール２４の内壁の配線形成とリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３及び２３−４の形成はどちらが先でもよい。
【００３６】
基板１５の上面に半導体発光素子１１をそれぞれ配置し、それぞれの半導体発光素子１１の電極とリードフレーム２３−１及び２３−２とをボンディングワイヤ２１−１及び２１−２でそれぞれ接続する。
【００３７】
次に、所定の形状の筐体１４を基板１５に搭載する（図４（２））。筐体１４は樹脂を型枠で硬化させたものでもよく、硬化させた樹脂を切削加工したものでもよい。筐体の開口部内側側面は、封止部１２との密着性を良くするために、例えばサンドブラスト加工により粗面加工しておいてもよい。
【００３８】
筐体１４の開口部の内部に封止部１２となる材料である、例えばＰＭＭＡを充填して硬化させる（図４（３））。熱硬化でも紫外線硬化でもよい。
【００３９】
スルーホール２４を通る切断線で、各光半導体装置１０を切り出す（図４（４））。切り出しはレーザによる熱切断でも、ダイシングによる機械切断でもよい。スルーホール２４は孔方向で分断され、半割りになった内壁の配線が基板１５の両面のリードフレームを接続することなる。筐体１４は基板１５の切り出しの際に併せて切断してもよいし、図４（２）でそれぞれ分離された筐体１４を基板１５に搭載してもよい。
【００４０】
このような製造方法により、光の出射効率を高めつつ、かつ、安定な出射効率を得ることのできる光半導体装置を量産することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の光半導体装置は、照明、通信、センサー、表示デバイスなどに搭載される光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の光半導体装置の構成例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態であり光半導体装置の斜視図である。
【図３】（ａ）は図２の光半導体装置の斜視図において、Ａ−Ａ’線を含む、基板に垂直な面での断面図であり、（ｂ）は図２の光半導体装置の上面図である。
【図４】光半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  光半導体装置
１１  半導体発光素子
１２  封止部
１４、８３  筐体
１５、８５  基板
２１−１、２１−２、ボンディングワイヤ
２３−１、２３−２、２３−３、２３−４  リードフレーム
２４、２４−１、２４−２  スルーホール
８１  発光素子
８２  封止材料
８３  空気層
【図１】
2006351882.tif 000003
【図２】
2006351882.tif 000004
【図３】
2006351882.tif 000005
【図４】
2006351882.tif 000006