(57)【要約】【課題】光ファイバーとの接続が容易で、光結合効率の高い半導体発光装置を提供すること。【解決手段】半導体発光装置を、対向する一対の主面を有する基板の一方の主面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して成る半導体発光チップと、該半導体発光チップを収納する収納孔を有するパッケージ体と、から構成する。収納孔が光ファイバーの挿着孔を兼ねており、該挿着孔の底部に正及び負のリード電極を設け挿着孔の底部に半導体発光チップを基板の他方の主面を上側にしてフェイスダウン接続する。挿着孔に光ファイバーを挿入し基板に光ファイバーの端面を当接させて、半導体発光チップと光ファイバーとを接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の主面を有する基板の一方の主面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して成る半導体発光チップと、該半導体発光チップを収納する収納孔を有するパッケージ体と、から成る半導体発光装置であって、
上記収納孔が光ファイバーの挿着孔を兼ね、該挿着孔の底部に正及び負のリード電極を設け該挿着孔の底部に上記半導体発光チップを上記基板の他方の主面を上側にしてフェイスダウン接続する一方、該挿着孔に光ファイバーを挿入し上記基板に光ファイバーの端面を当接させて、半導体発光チップと光ファイバーとを接続する半導体発光装置。
【請求項２】
上記正及び負のリード電極が、上記収納孔の底部で所定の間隔で離間して露出するように、上記パッケージ体と一体成形されて成る請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
上記パッケージ体がトランスファーモールド法により成形されて成る請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置に関し、さらに詳しくは光ファイバーと接続して使用される光通信用の半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子と光ファイバーとの接続するためには、発光チップを封入した透明樹脂パッケージをレセプタクルに収容し、光ファイバーを保持したプラグをレセプタクルの光ファイバー結合部に接続する方法が一般的である。
【０００３】
これに対し、レセプタクルやプラグ等の接続用治具を使用しない簡便な接続方法が検討されている。例えば、特開昭６１−１０８１８０号公報（特許文献１）には、半導体チップを封止するモールド部に光軸方向に沿って光ファイバーを挿入する挿入孔が形成され、さらにその挿入孔の内底面が光の散乱を防止するために平滑面又は凸レンズ状に仕上げられた光電変換素子が開示されている。また、特開昭５８−２０４５７６号公報（特許文献２）や特開平１０−２４２５２５号公報（特許文献３）にも同様の挿入孔を有する半導体発光素子が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１０８１８０号公報（図１から図５）
【特許文献２】
特開昭５８−２０４５７６号公報（図面）
【特許文献３】
特開平１０−２４２５２５号公報（図１から図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公報に開示された方法はレセプタクルやプラグ等の接続用治具が不要になるという利点を有する一方、以下のような問題があった。すなわち、光ファイバーの挿入孔の底部と発光チップの間には空隙が存在し、その空隙には透明樹脂が充填されている。そのため、発光チップからの光が放射状に広がり、その光の一部しか光ファイバーに入射せず光結合効率が低くなり、伝送距離を延ばすことができないという問題があった。また、挿入孔の深さにバラツキがあると、光ファイバーと発光チップとの距離がばらつき、光ファイバーへの入射光量が一定しないという問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、光ファイバーとの接続が容易で、光結合効率の高い半導体発光装置を提供することを目的とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、対向する一対の主面を有する基板の一方の主面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して成る半導体発光チップと、該半導体発光チップを収納する収納孔を有するパッケージ体と、から成る半導体発光装置であって、上記収納孔が光ファイバーの挿着孔を兼ね、該挿着孔の底部に正及び負のリード電極を設け該挿着孔の底部に上記半導体発光チップを上記基板の他方の主面を上側にしてフェイスダウン接続する一方、該挿着孔に光ファイバーを挿入し上記基板に光ファイバーの端面を当接させて、半導体発光チップと光ファイバーとを接続することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、パッケージ体に設けた発光チップの収納孔が光ファイバーの挿着孔を兼ね、かつ発光チップを収納孔の底部にフェイスダウンで配置するようにしたので、収納孔に光ファイバーを挿入することにより光軸合わせを行うことができ、かつ、光ファイバーの端面を発光チップの基板に当接させ光ファイバーの端面と発光チップの間に実質的に空隙が存在しない状態で、光ファイバーと発光チップとを接続することができる。これにより、光軸合わせを容易に行うことができるとともに、光ファイバーの端面への入射光量を増加させることができ、光結合効率を増大させることが可能となる。また、収納孔に挿入した光ファイバーは発光チップの基板に当接した状態で停止するので、光ファイバーの挿入深さがばらつくことがない。そのため、半導体発光装置間における、光ファイバーと発光チップとの距離が一定しないことによる光結合効率の低下を抑制することもできる。
【０００９】
また、本発明の半導体発光装置は、上記正及び負のリード電極が、収納孔の底部で所定の間隔で離間して露出するように、パッケージ体と一体成形されたものを用いることができる。
【００１０】
また、本発明の半導体発光装置は、上記パッケージ体がトランスファーモールド法により成形されたものを用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は本実施の形態に係る半導体発光装置の構造を示す模式断面図であり、光ファイバーを接続した状態を示している。また図２は、図１のＡ部を拡大した模式断面図である。
半導体発光装置１は、収納孔を有するパッケージ体３と、収納孔３ａの底部３ｂに基板を上側にして配置された発光チップ２と、発光チップ２と接合可能に収納孔３ａの底部３ｂに所定間隔で離間して露出するように配置された正及び負のリード電極４，５と、から構成されている。収納孔３ａは光ファイバー１０の挿着孔３ａを兼ね、収納孔３ａに挿入された光ファイバー１０は、発光チップ２の基板に端面を当接させた状態で固定されている。また、発光チップ２は、その光軸が収納孔３ａの底部３ｂの中心と一致するように底部３ｂに配置されている。また、収納孔３ａは、光ファイバーの周囲に形成された接着剤から成る封止部１１により封止されている。
【００１２】
ここで、発光チップ２は、対向する一対の主面を有する透光性絶縁基板２１の一方の主面上に１層以上のｎ型窒化物半導体層２２と、１層以上のｐ型窒化物半導体層２３とが積層されている。正電極２４はｐ型窒化物半導体層２３の表面に形成され、負電極２６はｐ型窒化物半導体層２４の一部をエッチングにより除去して露出させたｎ型窒化物半導体層２２の表面に形成されている。発光チップ２は、基板２１の他方の主面を上側にして、正電極２４と負電極２５を、それぞれ正のリード電極４と負のリード電極５に接合するように、導電性材料４，５を介してフェイスダウン接続されている。これにより、発光チップ２からの発光は上記の基板２１の他方の主面から出射され、直接光ファイバー１０の端面に直接入射される。
【００１３】
発光チップには、透光性絶縁基板上にＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法を用いて半導体接合を有する窒化物半導体層を積層して成る窒化物半導体発光素子を用いることができる。本実施の形態では、発光チップの基板の上に光ファイバーの端面を直接接触させるので、発光チップと光ファイバーとの間に発光チップをモールドする封止樹脂が存在しない。そのため、窒化物半導体発光素子からの青色あるいはそれよりも短波長の光によって、その封止樹脂が劣化することがない。そのため、窒化物半導体発光素子を用いた高寿命の発光装置を得ることができる。
ここで、透光性絶縁基板には、サファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、そしてＧａＮ等を用いることができる。また、半導体接合には、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、そしてｐｎ接合を挙げることができ、ホモ構造やダブルへテロ構造、さらに、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００１４】
また、リード電極には、鉄入り銅等の高熱伝導体を用いることができる。放熱性を高めることができ、配置される発光チップの温度上昇を効果的に抑制することができるからである。また、発光素子からの光の反射率の向上及びリード基材の酸化防止のために、リード表面に銀、アルミ、銅、そして金等の金属メッキを施すこともできる。
【００１５】
正及び負のリード電極は、例えば、厚さ約０．１５ｍｍの銅系合金から成る長尺金属板をプレスを用いて打ち抜き加工、又はエッチング加工により形成する。ここで、リード電極は、リード電極の一端面に貫通孔を有することが好ましい。貫通孔の中にも成形樹脂を充填させることができるので、パッケージ体との結合強度を大きくすることができるからである。
【００１６】
パッケージ体は、その上面に発光チップを収納する収納孔を有し、正及び負のリード電極と一体成形されている。一体成形することにより、作製工程の数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。
正及び負のリード電極は、それぞれの一端面が所定距離離間して互いに対向するようにパッケージ体の内部に配置されており、収納孔の底部では上記の一端面を含む一端部を露出させてチップ接合部を形成する一方、他端面を含む他端部をそれぞれパッケージ体の端部から突出させて接続端子部となし、その接続端子部を、パッケージ体の下面側に折り曲げてＪ−ベント型とし実装基板の正及び負の接合部に接合させる、あるいはガルウィング型とし実装基板の正及び負の接合部に接合させる。ここで、パッケージ体の上面とは発光チップを配置する側の面をいい、下面とはパッケージ体を実装する実装基板に対向する側の面をいう。
【００１７】
収納孔の直径及び深さは、接続する光ファイバーの外径により所望の数値に設定することができる。収納孔の直径は、フェイスダウン接続された発光チップを配置できる大きさを有するとともに、光ファイバーが挿入可能で、かつ揺動しない程度の大きさであれば特に限定されない。光ファイバーには、マルチモードファイバーとシングルモードファイバーのいずれも用いることができる。収納孔の直径は光ファイバーの外径の１０５〜１２０％程度が好ましい。また、収納孔の深さは０．５〜５．０ｍｍ程度が好ましい。
【００１８】
また、光ファイバーは収納孔に挿入することにより固定されるが、光ファイバーの周囲に接着剤から成る封止部を設けて、さらに光ファイバーの揺動を防止することもできる。あるいは、収納孔の内周面に多数の凸状突部から成る係合部を設けることにより、光ファイバーを固定してより抜けにくくすることもできる。係合部の突部の形状は、球状、ピラミッド状、三角錘状、鋸歯状等を用いることができ、特に限定されない。例えば、円周方向に連続して形成された鋸歯状の突部を収納孔の軸方向に所定距離離間して複数配置したものを用いることができる。
【００１９】
本実施の形態の半導体発光装置は、例えば、以下の方法により作製することができる。
（パッケージ体の作製）
パッケージ体は、トランスファーモールド法を用いて作製することができる。厚さ約０．１５ｍｍの鉄入り銅から成る長尺金属板を、プレスを用いた打ち抜き加工又はエッチング加工により、正及び負のリード電極を形成する。次に、形成した正及び負のリード電極に銀メッキを施した後、一対の成形金型内に配置する。ここで、正及び負のリード電極を、それぞれの一端面を所定距離離間して互いに対向させ、かつ、パッケージ体の上面の型面を有する一方の金型を収納孔の底部となる部分に直接接触させるように所定の位置に保持した後、一対の成形金型で挟むことにより、成形金型内に保持させる。次に、パッケージ体の下面の型面を有する他方の金型にゲートから溶融された成形樹脂を流し込んで硬化させることによりパッケージ体を作製する。
【００２０】
（発光チップの配置）
発光チップをパッケージ体に配置するには、発光チップの基板を上側にしてフェイスダウン接続する。すなわち、収納孔の底部に露出させた正及び負のリード電極の端部に、導電性材料として、例えば、ハンダバンプ又は金バンプを介して、それぞれ発光チップの正電極と負電極を接合させる。ここで、発光チップの光軸を収納孔の底部の中心と一致するようにフェイスダウン接続する。これにより、光ファイバーを収納孔に挿入すると、自己整合的に光ファイバーと発光チップとの光軸合わせが行なうことができる。
【００２１】
トランスファーモールド法によれば、寸法精度の高い成形体を作製することができるので、内径や深さ等のバラツキの少ない高精度の収納孔を有するパッケージ体を作製することができる。これにより、光ファイバーの挿入位置のバラツキを抑制することができる。ここで、成形樹脂には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００２２】
本実施の形態によれば、パッケージ体が光ファイバーの挿着孔を兼ねる発光チップ用の収納孔を有し、かつ、発光チップを収納孔の底部にフェイスダウンで配置するようにしたので、光ファイバーの端面を発光チップの基板に直接接触させて光ファイバーと発光チップとを接続することができる。そのため、発光チップの発光を直接光ファイバーの端面に入射させることができるので、入射光量を増大させて光結合効率を増大させることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、トランスファーモールド法を用いてパッケージ体を成形する方法について説明したが、射出成形法によっても成形することができる。この場合、ポリフタルアミド、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリノルボルネン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体発光装置は、発光チップの収納孔が光ファイバーの挿着孔を兼ね、かつ発光チップを収納孔の底部にフェイスダウンで配置するようにパッケージ体を構成したので、光ファイバーの端面を発光チップの基板に当接させた状態で光ファイバーと発光チップとを接続することができる。これにより、位置決めが容易で、光結合効率を増大させることができる半導体発光装置を提供することが可能となる。また、レセプタクルやプラグ等の接続用治具が不要となるので、軽量で小型の半導体発光装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の構造を示す模式断面図であり、光ファイバーを接続した状態を示している。
【図２】図１中のＡ部の模式拡大断面図である。
【符号の説明】
１  半導体発光装置、２  発光チップ、２１  基板、２２  ｎ型窒化物半導体層、２３  ｐ型窒化物半導体層、２４  正電極、２５  負電極、２６，２７  導電性材料、３  パッケージ体、３ａ  収納孔（挿着孔）、３ｂ  底部、４  正のリード電極、５  負のリード電極、１０  光ファイバー、１１  封止部。
【図１】
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【図２】
2004152844.tif 000004