(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体発光素子が基体内に配置されて上方が蓋で覆われ、蓋が基体に合成樹脂層で接合されている半導体発光装置として、紫外線領域の光を発光する半導体発光素子を備えた場合であっても、発光性能と蓋の固定力保持とが両立できるものを提供する。【解決手段】半導体発光装置は、半導体発光素子１と基体３と蓋７と合成樹脂層８を有する。基体３は、半導体発光素子１が配置される凹部を有し、凹部の底面３１５ａを形成する底部と、半導体発光素子１を囲う壁部を備える。蓋７は、半導体発光素子１の上方で凹部の開口部を覆う中央部と、壁部の上側に配置される縁部を有する。合成樹脂層８は、壁部の上面３１６ｂと蓋７の縁部とを平面視の一部で接合する。合成樹脂層８の平面積は、基体３の平面形状を二等分した一方の面で他方の面よりも大きく、底面３１５ａに存在する金属面の面積は、一方の面で他方の面よりも小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が配置される凹部を有する基体であって、前記凹部の底面を形成する底部および前記半導体発光素子を囲う壁部を備えた基体と、
前記半導体発光素子の上方で前記凹部の開口部を覆う中央部および前記壁部の上側に配置される縁部を有する蓋と、
前記壁部の上面と前記蓋の前記縁部とを平面視の一部で接合する合成樹脂層と、
を備え、
前記合成樹脂層の平面積は、前記基体の平面形状を二等分した一方の面で他方の面よりも大きく、
前記底面に存在する金属面の面積は、前記一方の面で前記他方の面よりも小さい半導体発光装置。
【請求項２】
前記合成樹脂層はエポキシ樹脂層又はシリコーン樹脂である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記合成樹脂層と前記縁部との間の少なくとも一部に金属層が存在する請求項１または２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子は紫外線発光素子である請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記紫外線発光素子の発光波長は３００ｎｍ以下である請求項４記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子が基体の凹部内に配置されて、凹部の開口部が半導体発光素子の上方に配置された蓋で覆われている半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子が基体の凹部内に配置されて、凹部の開口部が半導体発光素子の上方に配置された蓋で覆われている半導体発光装置の従来例としては、特許文献１に記載されたものが挙げられる。特許文献１の半導体発光装置は、開口部を覆う透光性部材と、基体に接合される枠体と、を備え、透光性部材の縁部が基体の壁部の上面と枠体とで挟持され、枠体が接着剤で基体に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
紫外線領域の光を発光する半導体発光素子を備えた半導体発光装置の場合、蓋を合成樹脂製の接着剤により基体に固定すると、紫外光の照射により接着層の合成樹脂が劣化する場合があり、この劣化が発光性能および寿命の低下の原因になる。また、合成樹脂による接合面積を小さくすれば劣化量を少なくできるが、接合面積が小さすぎると蓋の固定力が保持できなくなる。
このように、紫外線発光素子が基体の凹部内に配置されて、凹部の開口部が半導体発光素子の上方に配置された蓋で覆われ、蓋が基体に合成樹脂層で接合されている半導体発光装置には、発光性能と蓋の固定力保持とを両立させるという点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明の課題は、半導体発光素子が基体の凹部内に配置されて、凹部の開口部が半導体発光素子の上方に配置された蓋で覆われている半導体発光装置として、紫外線領域の光を発光する半導体発光素子を備えた場合であっても、発光性能と蓋の固定力保持とが両立できるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明の一態様は、下記の構成要件(1)〜(5)を有する半導体発光装置を提供する。
(1)半導体発光素子と、基体と、蓋と、合成樹脂層とを備える。
(2)基体は、半導体発光素子が配置される凹部を有し、凹部の底面を形成する底部と、半導体発光素子を囲う壁部を備える。
(3)蓋は、半導体発光素子の上方で凹部の開口部を覆う中央部と、壁部の上側に配置される縁部を有する。
(4)合成樹脂層は、壁部の上面と蓋の縁部とを平面視の一部で接合する。
(5)合成樹脂層の平面積は、基体の平面形状を二等分した一方の面で他方の面よりも大きく、蓋の基体側の面と対向する金属面の面積は、一方の面で他方の面よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子が基体内に配置されて上方が蓋で覆われ、蓋が基体に合成樹脂層で接合されている半導体発光装置であり、紫外線領域の光を発光する半導体発光素子を備えた場合であっても、発光性能と蓋の固定力保持との両立が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態の半導体発光装置を示す平面図である。
【図２】第一実施形態の半導体発光装置を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ断面を示している。
【図３】第一実施形態の半導体発光装置の一部を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ断面を示している。
【図４】第一実施形態の半導体発光装置を構成する半導体発光素子を示す平面図であって、第一接続体および第二接続体が二点鎖線で記載されている。
【図５】第一実施形態の半導体発光装置を構成する基体を示す平面図である。
【図６】第一実施形態の半導体発光装置について、合成樹脂層の平面積と、底面に存在する金属面の面積と、蓋の縁部との関係を説明するための平面図である。
【図７】第二実施形態の半導体発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
【００１０】
［第一実施形態］
〔構成〕
図１および図２に示すように、第一実施形態の半導体発光装置１０は、半導体チップ（半導体発光素子）１と、パッケージ（基体）３と、第一接続体４と、第二接続体５と、紫外線を透過するガラス製の蓋７と、合成樹脂層８を有する。
＜半導体チップ＞
図３に示すように、半導体チップ１は、基板１１の一面１１０上に半導体発光素子が形成されたものであり、基板１１と、ｎ型窒化物半導体層１２と、窒化物半導体活性層１３と、ｐ型窒化物半導体層１４と、ｎ型電極（第一の電極）１５と、ｐ型電極（第二の電極）１６を有する。
【００１１】
ｎ型窒化物半導体層１２は、基板１１の一面１１０上に形成されている。ｎ型窒化物半導体層１２は、厚い部分１２１と、それ以外の部分である薄い部分１２２を有する。窒化物半導体活性層１３は、ｎ型窒化物半導体層１２の厚い部分１２１に形成されている。ｐ型窒化物半導体層１４は、窒化物半導体活性層１３上に形成されている。
ｎ型電極１５は、ｎ型窒化物半導体層１２の薄い部分１２２に形成されている。ｐ型電極１６は、ｐ型窒化物半導体層１４上に形成されている。つまり、ｎ型電極１５およびｐ型電極１６は半導体チップ１の最表面（基板１１とは反対側の面）に形成されている。
【００１２】
なお、図３および図４では省略されているが、半導体チップ１は、ｎ型窒化物半導体層１２の厚い部分１２１、窒化物半導体活性層１３、ｐ型窒化物半導体層１４、およびｐ型電極１６と、ｎ型電極１５とを絶縁する絶縁層を有する。
半導体チップ１は、ピーク波長範囲が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である紫外線領域の光を発光する素子である。基板１１は例えばＡｌＮ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板である。ｎ型窒化物半導体層１２は例えばｎ−ＡｌＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層である。窒化物半導体活性層１３は、例えば、ＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＧａＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層である。ｐ型窒化物半導体層３４は、例えばｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層である。
【００１３】
図４に示すように、半導体チップ１の基板１１の平面形状は正方形である。半導体チップ１は、平面形状が帯状のｎ型電極１５を二枚、平面形状が長方形のｐ型電極１６を一枚有する。ｎ型電極１５は、基板１１をなす正方形の平行な二辺に沿う縁部に形成されている。ｐ型電極１６は、基板１１の中央部に配置されている。
【００１４】
＜パッケージ＞
図２および図５に示すように、パッケージ３は、平面形状が正方形である直方体の中心部に、円柱状の凹部を設けた形状を有する。また、パッケージ３は、セラミックス（例えば、窒化アルミニウムまたはアルミナ）製の本体３１と、ｎ型電極体３２と、ｐ型電極体３３を備えている。本体３１は、凹部の底面３１５ａを形成する底部３１５と、底部３１５の外縁部全体に形成された壁部３１６を有する。壁部３１６の内周面３１６ａが、パッケージ３の凹部の内壁面を形成する。
【００１５】
ｎ型電極体３２は、凹部の底面３１５ａに形成された素子接続用ｎ型電極３２１と、底部３１５の底面３１５ａとは反対の面３１５ｂに形成された電流供給体接続用ｎ型電極３２２と、両者を連結する結合部３２３を有する。結合部３２３は、底部３１５の貫通穴３１５ｃ内に配置されている。
ｐ型電極体３３は、凹部の底面３１５ａに形成された素子接続用ｐ型電極３３１と、底部３１５の底面３１５ａとは反対の面３１５ｂに形成された電流供給体接続用ｐ型電極３３２と、両者を連結する結合部３３３を有する。結合部３３３は、底部３１５の貫通穴３１５ｄ内に配置されている。
【００１６】
図５に示すように、素子接続用ｐ型電極３３１は、半導体チップ１との接続部３３１ａが、基部３３１ｂから突出した平面形状を有する。素子接続用ｎ型電極３２１は、素子接続用ｐ型電極３３１の接続部３３１ａを両側から挟む部分を、半導体チップ１との接続部３２１ａとして有する。
半導体チップ１のｎ型電極１５およびｐ型電極１６と、パッケージ３の素子接続用ｎ型電極３２１および素子接続用ｐ型電極３３１は、金属で形成されている。例えば、素子接続用ｎ型電極３２１と素子接続用ｐ型電極３３１は、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕからなる積層構造、Ｗ／ＮｉＰ／Ａｕからなる積層構造であり、Ａｕが表面側である。
【００１７】
＜半導体チップのパッケージへの結合状態＞
図３に示すように、半導体チップ１のｎ型電極１５とパッケージ３の素子接続用ｎ型電極３２１の接続部３２１ａが、金バンプなどの第一接続体４で電気的に接続されている。また、半導体チップ１のｐ型電極１６とパッケージ３の素子接続用ｐ型電極３３１の接続部３３１ａが、金バンプなどの第二接続体５で電気的に接続されている。つまり、第一接続体４および第二接続体５により、半導体チップ１がパッケージ３の凹部の底面３１５ａにフリップチップ実装されている。
その結果、図２に示すように、パッケージ３の凹部に半導体チップ１が配置され、凹部の底面３１５ａに半導体チップ１が固定され、壁部３１６により半導体チップ１が囲われている。
【００１８】
＜蓋、合成樹脂層、蓋のパッケージへの固定状態＞
図1に示すように、蓋７の平面形状は、パッケージ３の本体３１の平面形状をなす正方形より一回り小さい正方形である。蓋７は、中央部７１と縁部７２を有する。
図１および図２に示すように、蓋７の中央部７１は、パッケージ３の凹部の底面３１５ａの上側に配置される部分である。縁部７２は、壁部３１６の上側に配置される部分であって、壁部３１６の上面３１６ｂと対向している。蓋７の中央部７１により、半導体チップ１の上方で、パッケージ３の凹部の開口部が覆われている。
【００１９】
合成樹脂層８は、壁部３１６の上面３１６ｂと蓋７の縁部７２とを、平面視の一部で接合している。合成樹脂層８は、壁部３１６の内周面３１６ａをなす円より大きい直径の内周円弧面８１を有する。
合成樹脂層８の材質としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂が挙げられる。これらのうち、取り扱い性と接合力の観点から、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂であることがより好ましい。
【００２０】
＜合成樹脂層の平面積と、底面に存在する金属面の面積と、蓋の縁部との関係＞
合成樹脂層８の平面積と、パッケージ３の凹部の底面３１５ａに存在する金属面の面積と、蓋７の縁部７２との関係について、図６を用いて説明する。
図６の直線Ｌはパッケージ３の平面形状を二等分する直線の一つである。合成樹脂層８は、図６で直線Ｌの右側においては、壁部３１６の上面３１６ｂの全体に形成されているが、直線Ｌの左側においては、壁部３１６の上面３１６ｂの一部に形成されている。合成樹脂層８の直線Ｌより右側の部分８Ｒと左側の部分８Ｌは連続している。
【００２１】
蓋７の縁部７２のうちの図６の左側部分には、合成樹脂層８が存在しない部分が存在する。つまり、合成樹脂層８の左側の部分８Ｌの幅（図６の直線Ｌと直交する方向の寸法）Ｗ８Ｌは、縁部７２の左側部分の幅Ｗ７１より小さい。また、平面視で、蓋７の縁部７２の５０％以上７５％以下の部分に、合成樹脂層８が存在している。
また、凹部の底面３１５ａに存在する金属面は、素子接続用ｎ型電極３２１および素子接続用ｐ型電極３３１の上面であり、直線Ｌより右側の面の金属面３５Ｒの合計面積Ｓ１は、直線Ｌより左側の面の金属面３５Ｌの合計面積Ｓ２よりも小さい。
このように、合成樹脂層８の平面積は、パッケージ３の平面形状を二等分した直線Ｌより右側の面（一方の面）で左側の面（他方の面）よりも大きく、凹部の底面３１５ａに存在する金属面の面積は、直線Ｌより右側の面（一方の面）で左側の面（他方の面）よりも小さくなっている。
【００２２】
〔製造方法〕
第一実施形態の半導体発光装置１０は、例えば、以下の方法で製造することができる。
先ず、半導体チップ１をパッケージ３の凹部の底面３１５ａに実装した後、パッケージ３の壁部３１６の上面３１６ａの合成樹脂層８を形成する範囲に、熱硬化性の接着剤を塗布する。なお、上面３１６ａの接着剤を塗布しない部分には、予め、合成樹脂層８に対応する厚さを保持するためのスペーサを設置しておく。次に、蓋７を壁部３１６の上面３１６ａ上の接着剤塗膜およびスペーサに載せる。次に、接着剤塗膜を熱硬化させて合成樹脂層８とした後、スペーサを外す。
【００２３】
〔動作〕
第一実施形態の半導体発光装置１０は、パッケージ３を電流供給体に接続して、電流供給体接続用ｎ型電極３２２および電流供給体接続用ｐ型電極３３２間に電圧を付与することにより、半導体チップ１に電流が供給されて、窒化物半導体活性層１３から紫外線領域の光が生じ、この光が蓋７を通って外部に照射される。半導体チップ１から蓋７に向かう光には、パッケージ３の金属面で反射した光も含まれる。
【００２４】
〔作用、効果〕
第一実施形態の半導体発光装置１０では、直線Ｌより右側の面（合成樹脂層８の平面積が大きい面）での金属面３５Ｒの合計面積Ｓ１が、直線Ｌより左側の面（合成樹脂層８の平面積が小さい面）での金属面３５Ｌの合計面積Ｓ２よりも小さい。つまり、半導体チップ１から発光された紫外線が金属面で反射して蓋７に向かう量は、直線Ｌより左側の方が右側よりも多いが、左側の方が右側よりも合成樹脂層８の平面積が小さいため、第一実施形態の半導体発光装置１０は、蓋７の縁部７２の全面に合成樹脂層８を形成した場合と比較して、紫外線により劣化する合成樹脂層８の量を少なくすることができる。
【００２５】
また、第一実施形態の半導体発光装置１０では、平面視で、蓋７の縁部７２の５０％以上７５％以下の部分に、合成樹脂層８が存在しているため、蓋７がパッケージ３から外れにくくなっている。
その結果、第一実施形態の半導体発光装置１０は、合成樹脂層８の劣化に伴う発光性能の低下と蓋７の固定力の低下が抑制されたものとなっている。
【００２６】
［第二実施形態］
図７に示すように、第二実施形態の半導体発光装置１０Ａは、半導体チップ（半導体発光素子）１と、パッケージ（基体）３と、第一接続体４と、第二接続体５と、紫外線を透過するガラス製の蓋７と、合成樹脂層８と、金属層９を有する。
金属層９は、蓋７の縁部７２の下面（壁部３１６との対向面）７２ａのうち、合成樹脂層８で接合される部分に固定されている。金属層９は合成樹脂層８とほぼ同じ平面形状を有する。金属層９は、壁部３１６の内周面３１６ａをなす円より大きい直径の内周円弧面９１を有する。つまり、合成樹脂層８と縁部７２との間のほぼ全てに金属層９が存在する。
【００２７】
そして、蓋７の縁部７２の一部に固定された金属層９と壁部３１６の上面３１６ｂとが、合成樹脂層８により接合されている。つまり、金属層９を介して合成樹脂層８により壁部３１６の上面３１６ｂと蓋７の縁部７２とが接合されている。
上記以外の点は第一実施形態の半導体発光装置１０と同じである。
第二実施形態の半導体発光装置１０Ａは、使用する蓋が異なる点以外は、第一実施形態の半導体発光装置１０と同じ方法で製造することができる。第二実施形態の半導体発光装置１０Ａを製造する際には、縁部７２の下面７２ａのうち合成樹脂層８で接合される部分に、金属層９が蒸着などの膜形成方法により形成された蓋７を用いる。
【００２８】
第二実施形態の半導体発光装置１０Ａによれば、金属層９を有することで、半導体チップ１から発生して蓋７に入り、蓋７の上面で反射して合成樹脂層８に向かう紫外線が金属層９で反射される。よって、金属層９を有さない第一実施形態の半導体発光装置１０よりも、合成樹脂層８の劣化を抑制できる効果が高い。
第二実施形態の半導体発光装置１０Ａは、合成樹脂層８と縁部７２との間のほぼ全てに金属層９が存在する例であるが、金属層９は合成樹脂層８と縁部７２との間の一部のみに存在していてもよい。金属層９が合成樹脂層８と縁部７２との間の一部のみに存在する場合は、金属層９が存在する部分と存在しない部分とで合成樹脂層８の厚さが異なる。
【００２９】
〔好ましい形態など〕
直線Ｌより右側の面（合成樹脂層８の平面積が大きい面、一方の面）での金属面の面積（金属面３５Ｒの合計面積）Ｓ１に対する、左側の面（合成樹脂層８の平面積が小さい面、他方の面）での金属面の面積（金属面３５Ｌの合計面積）Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）は、（Ｓ２／Ｓ１）＞１．０を満たせばよいが、１．１以上５．０以下であることが好ましい。
合成樹脂層８の直線Ｌより右側の部分８Ｒの平面積Ｓ４１に対する、左側の部分８Ｌの平面積Ｓ４２の比（Ｓ４２／Ｓ４１）は０．１０以上０．９０以下であることが好ましい。
【００３０】
実施形態の半導体発光装置１０，１０Ａでは、直線Ｌより右側の面（合成樹脂層８の平面積が大きい面、一方の面）における、蓋７の縁部７２の平面積Ｓ３１に対する合成樹脂層８の平面積Ｓ４１の比（Ｓ４１／Ｓ３１）は１．０である。また、左側の面（合成樹脂層８の平面積が小さい面、他方の面）における、蓋７の縁部７２の平面積Ｓ３２に対する合成樹脂層８の平面積Ｓ４２の比（Ｓ４２／Ｓ３２）は０．３程度である。
しかし、これらの比（Ｓ４１／Ｓ３１）、（Ｓ４２／Ｓ３２）は、Ｓ４１＞Ｓ４２を満たせば、好ましくは０．１０≦Ｓ４２／Ｓ４１≦０．９０を満たせば、上記値に限定されない。
また、半導体チップ１の発光性能の観点から、平面視において、底面３１５ａの面積に対する素子接続用ｎ型電極３２１および素子接続用ｐ型電極３３１の合計面積の比は０．５０以上０．９５以下であることが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  半導体発光装置
１０Ａ  半導体発光装置
１  半導体チップ（半導体発光素子）
１１  基板
１１０  基板の一面
１２  ｎ型窒化物半導体層
１３  窒化物半導体活性層
１４  ｐ型窒化物半導体層
１５  半導体チップのｎ型電極
１６  半導体チップのｐ型電極
３  パッケージ（基体）
３１  パッケージの本体
３１５  本体の底部
３１５ａ  パッケージの凹部の底面
３１６  本体の壁部
３１６ｂ  壁部の上面
３２  パッケージのｎ型電極体
３３  パッケージのｐ型電極体
３２１  素子接続用ｎ型電極
３３１  素子接続用ｐ型電極
３５Ｒ  右側の面の金属面
３５Ｌ  左側の面の金属面
４  第一接続体
５  第二接続体
７  蓋
７１  蓋の中央部
７２  蓋の縁部
８  合成樹脂層
８Ｌ  合成樹脂層の左側の部分
８Ｒ  合成樹脂層の右側の部分
９  金属層
Ｌ  パッケージの平面形状を二等分する直線
【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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