(57)【要約】      （修正有）【課題】硬化性樹脂が半導体素子から剥離することのない半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０およびキャップ部８０をオーブン２００の台座２１０に載置したのち、接続端子部２１１，２１１を端子部２２，２２に接触させて、半導体発光素子１０を点灯可能にする。続いて、樹脂注入器から混合溶液７０Ｂをキャップ部８０の開口部８１に流し込んで、半導体発光素子１０とキャップ部８０との間隙に混合溶液７０Ｂを充填したのち、電源３００から発光部４０に電圧を印加して、発光部４０から光Ｌ１を射出させると共に発光部４０を発熱させ、それと同時に、電源３００から加熱器２２０に電圧を印加して、加熱器２２０を発熱させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子のうち少なくとも一部の表面を硬化性樹脂中に浸す工程と、
前記半導体素子に電圧を印加して、前記半導体素子から発生する熱により前記硬化性樹脂を硬化させる工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体素子に電圧を印加すると共に、前記半導体素子以外の熱源を用いて、前記硬化性樹脂を前記硬化性樹脂の内側および外側から硬化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記硬化性樹脂の内側の温度が前記硬化性樹脂の外側の温度と等しいかそれ以上となるように、前記半導体素子および前記半導体素子以外の熱源の駆動条件をそれぞれ設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記硬化性樹脂は、屈折率が１．６以上１．８以下の透明な樹脂である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子は、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体素子を前記硬化性樹脂中に浸す前に、前記硬化性樹脂を予備的に重合反応させる工程をさらに含む
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
硫黄を含有する硬化性樹脂を予備的に重合反応させる工程と、
露出した金属部分を有する半導体素子のうち少なくとも前記金属部分を含む表面を前記重合反応させた硬化性樹脂中に浸す工程と、
前記表面を浸した状態で、前記重合反応させた硬化性樹脂を硬化させる工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記重合反応させた硬化性樹脂を母型に流し込むことにより、前記表面を前記重合反応させた硬化性樹脂中に浸す
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記重合反応させた硬化性樹脂を前記表面に滴下することにより、前記表面を前記重合反応させた硬化性樹脂中に浸す
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂であり、
加熱により前記硬化性樹脂を重合反応させる
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記硬化性樹脂は、光硬化性樹脂であり、
光の照射により前記硬化性樹脂を重合反応させる
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記硬化性樹脂は、屈折率が１．６以上１．８以下の、硫黄を含有する透明な樹脂である
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体素子は、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
露出した金属部分を有する半導体素子と、
予備的に重合反応させた、硫黄を含有する硬化性樹脂を、前記半導体素子のうち少なくとも前記金属部分を含む表面に接触させた状態で、重合反応させることにより形成された封止部と
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬化性樹脂により形成された封止部を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等の半導体発光装置はその用途に応じて様々な構成を採り得るが、例えば、図１４に示したように、リードフレーム１２０上に半導体チップ１３０を有する半導体発光素子１１０と、その半導体発光素子１１０上に設けられた封止部１７０と、その封止部１７０上に設けられたキャップ部１８０とを備えたものがある。
【０００３】
ここで、リードフレーム１２０は、半導体チップ１３０の熱を放散するスラグ部１２１と、半導体チップ１３０の電極と他の電子部品などとを互いに電気的に接続するため端子部１２２，１２２と、スラグ部１２１に半導体チップ１３０を固定するための接着層１２３と、スラグ部１２１、端子部１２２，１２２およびキャップ部１８０を保持するフレーム部１２４と、を有している。半導体チップ１３０は、図１５に拡大して示したように、サブマウント基板１５０上に発光部１４０を設けたものである。発光部１４０は、基板１４１上にｎ型半導体層１４２、発光領域（図示せず）を有する活性層１４３およびｐ型半導体層１４４をこの順に積層して構成されたものであり、ｐ型半導体層１４４側からｎ型半導体層１４２の一部までを選択的にエッチングして形成されたメサ部１４５を有する。また、基板１４１とは反対側の表面に、ｐ側電極１４６およびｎ側電極１４７がそれぞれ形成されている。ｐ側電極１４６はｐ型半導体層１４４の表面に形成され、ｎ側電極１４７はｎ型半導体層１４２の露出面に形成されている。サブマウント基板１５０は、絶縁層１５１と、引出電極１５２，１５２とを有している。また、ｐ側電極１４６およびｎ側電極１４７と、引出電極１５２，１５２とはバンプ１５３，１５３で電気的に接続されている。なお、リードフレーム１２０の端子部１２２と、サブマウント基板１５０の引出電極１５２，１５３とは、ワイヤ１６０，１６０で互いに電気的に接続されている。封止部１７０は、半導体チップ１３０に対応して半球形状を有しており、キャップ部１８０は、封止部１７０の半球形状以外の部分と接する部分に、開口部１８１，１８１を有している。
【０００４】
この半導体発光装置は、例えば照明装置に適用されるものであり、封止部１７０は、半導体チップ１３０を外部環境から保護するだけでなく、レンズとして兼用されている。なお、眼鏡用レンズの技術分野では、眼鏡用レンズの材料として、例えば、特許文献１または特許文献２に記載の材料が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３８１０９号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体発光装置の外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率との２つの要素からなり、これらの効率を改善することにより、長寿命、低消費電力、かつ、高出力の半導体発光素子を実現することが可能となる。ここで、前者の内部量子効率は、例えば、結晶欠陥や、転位、不純物準位の少ない良質な結晶が得られるように成長条件を正確に管理したり、コンタクト抵抗を抑制することの可能な層構造とすることにより改善される。一方、後者の光取り出し効率は、例えば、活性層１４３から発光した光が半導体発光素子１１０中の活性層１４３などで吸収される前に半導体発光素子１１０と封止部１７０との界面に対して臨界角未満で入射する割合が多くなるような幾何形状や層構造とすることにより改善される。また、半導体発光素子１１０と封止部１７０との界面における屈折率差を小さくして、その界面における臨界角を大きくすることによっても改善される。なお、本明細書において「臨界角」とだけ表現した場合には、光が半導体発光素子１１０側から封止部１７０側へ進むときの、半導体発光素子１１０と封止部１７０との界面における臨界角を指すものとする。
【０００７】
このように、内部量子効率や光取り出し効率の改善策は種々考えられるが、この中から、後者の光取り出し効率の向上について考察する。従来から、封止部１７０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などが主に用いられている。ところが、これらの樹脂では屈折率が１．５程度しかないので、基板１４１が屈折率１．５よりも大きい材料、例えば、屈折率１．７〜１．８程度のサファイアで構成されている場合には、基板１４１と封止部１７０との界面における屈折率差が大きくなる。そのため、その界面における臨界角が小さくなるので、光が半導体チップ１３０側から封止部１７０側へ進んだときに、その界面で全反射したりフレネル反射を生じる割合が増大する。その結果、反射された光の多くは半導体チップ１３０内の活性層１４３などで吸収されてしまうので、従来の材料では、光取り出し効率を向上させることが容易ではなかった。
【０００８】
そこで、封止部１７０の材料として、例えば、特許文献１または特許文献２に記載されているような、屈折率の高い硬化性樹脂１７０Ｂ（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）を用いることが考えられる。この硬化性樹脂１７０Ｂは、（１）耐熱性に優れ、１００℃を大きく超える環境でも使用することが可能であるので、半導体発光装置のような発熱性のデバイスの封止剤として適しており、（２）従来の樹脂と比べて一般に密着性に優れており、（３）可塑性ではなく、硬化性である、という３つの利点を有している。
【０００９】
ところが、この硬化性樹脂１７０Ｂは、加熱や光照射により収縮硬化するという性質を有している。そのため、例えば、図１６に示したように、封止部１７０がまだ形成されていない半導体発光装置をオーブン２００の台座２１０上に載置したのち、樹脂注入器２３０から硬化性樹脂１７０Ｂをキャップ部１８０の注入口１５１に流し込み、続いて、電源３００から電力を供給してオーブン２００の加熱器２３０を駆動し、これにより硬化性樹脂１７０Ｂを加熱し硬化させて封止部１７０を形成することによって半導体発光装置を製造すると、半導体発光素子１１０と封止部１７０との間に間隙が生じることがあった。つまり、硬化性樹脂１７０Ｂを硬化させる過程において硬化性樹脂１７０Ｂが半導体発光素子１１０の表面から剥離してしまうという問題があった。
【００１０】
このように、硬化性樹脂１７０Ｂが半導体発光素子１１０の表面から剥離すると、半導体発光素子１１０と、屈折率１の間隙との界面における屈折率差に基づいて臨界角が規定されるので、その界面で全反射したりフレネル反射を生じる割合が従来よりもさらに増大し、光取り出し効率が激減してしまう。
【００１１】
また、このような剥離の問題は、上記した半導体発光装置の技術分野だけでなく、硬化性樹脂を用いて半導体素子を封止するような技術分野においても同様に生じ得るものである。
【００１２】
ところで、上記した硬化性樹脂には、硫黄を含有しているものがある。硫黄は一般に金属との反応性が高い元素として知られている。そのため、電極や、電極に接続されたワイヤ、他の電子部品などと電気的に接続するため端子部など、金属により構成されるものを構成要素として有している半導体素子に対して、硬化性樹脂を接触させ続けると、硬化性樹脂に含まれる硫黄が半導体素子の金属部分と反応してしまう。その結果、半導体素子が劣化したり損傷してしまうという問題があった。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、硬化性樹脂が半導体素子から剥離することのない半導体装置の製造方法を提供することにある。また、第２の目的は、硬化性樹脂に含まれる硫黄によって半導体素子が劣化したり損傷する虞のほとんどない半導体装置の製造方法、およびその製造法によって製造された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、以下の２つの工程を行うものである。
（Ａ１）半導体素子のうち少なくとも一部の表面を硬化性樹脂中に浸す工程
（Ａ２）半導体素子に電圧を印加して、半導体素子から発生する熱により硬化性樹脂を硬化させる工程
【００１５】
本発明の第１の半導体装置の製造方法では、半導体素子に電圧を印加して、半導体素子から発生する熱を利用して硬化性樹脂を硬化させる。これにより、硬化性樹脂のうち半導体素子の表面と接する側から硬化が始まる。
【００１６】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、以下の３つの工程を行うものである。
（Ｂ１）硫黄を含有する硬化性樹脂を予備的に重合反応させる工程
（Ｂ２）露出した金属部分を有する半導体素子のうち少なくとも金属部分を含む表面を重合反応させた硬化性樹脂中に浸す工程
（Ｂ３）表面を浸した状態で、重合反応させた硬化性樹脂を硬化させる工程
【００１７】
本発明の第２の半導体装置の製造方法では、半導体素子のうち少なくとも金属部分を含む表面に硬化性樹脂を接触させる前に、予備的に硬化性樹脂の重合反応を進行させるおく。これにより、硬化性樹脂に含まれる硫黄は重合反応により他の元素と分子結合し、硫黄の金属部分との反応性が著しく低下する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子に電圧を印加して、硬化性樹脂のうち半導体素子の表面と接する側から硬化が始まるようにしたので、硬化性樹脂の収縮硬化によって、硬化性樹脂が半導体素子の表面から剥離する虞はない。
【００１９】
本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、予備的に硬化性樹脂の重合反応を進行させた上で、硬化性樹脂を半導体素子のうち少なくとも金属部分を含む表面に接触させるようにしたので、硫黄の金属部分との反応性が抑制される。これにより、半導体素子の金属部分が劣化したり損傷を受ける前に硬化性樹脂の硬化を完了させることができる。従って、硬化性樹脂に硫黄が含まれていても、それによって半導体素子の金属部分が劣化したり損傷する虞はない。また、この製造方法を用いることにより、硬化性樹脂に硫黄が含まれていても、それによって半導体素子の金属部分が劣化したり損傷する虞がないので、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光ダイオード１（半導体装置）の断面構造を表すものである。この発光ダイオード１は、リードフレーム２０上に半導体チップ３０を有する半導体発光素子１０と、その半導体発光素子１０（半導体素子）上に設けられた封止部７０と、その封止部７０上に設けられたキャップ部８０とを備えたものである。図２は、その半導体発光素子１０の断面構成を拡大して表すものである。なお、図１、図２は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
【００２２】
リードフレーム２０は、その中央部分にスラグ部２１を、スラグ部２１の周辺部分に端子部２２，２２を、スラグ部２１上に接着層２３をそれぞれ有している。このリードフレーム２０はまた、スラグ部２１の周辺部分ならびに端子部２２，２２の上面の一部および下面にフレーム部２４を有している。ここで、スラグ部２１は、半導体チップ３０からの熱を放散するためのものであり、例えば放熱板からなる。端子部２２，２２は、半導体チップ３０のｐ側電極４６およびｎ側電極６７（後述）と他の電子部品などとを互いに電気的に接続するためものであり、例えば平板状の金（Ａｕ）からなる。接着層２３は、スラグ部２１に半導体チップ３０を固定するためのものであり、例えば銀を含有するエポキシ系接着剤からなる。フレーム部２４は、スラグ部２１、端子部２２，２２およびキャップ部８０を保持するためのものであり、例えば絶縁材からなる。
【００２３】
半導体チップ３０は、図２に拡大して示したように、サブマウント基板５０上に発光部４０を設けたものである。
【００２４】
発光部４０は、基板４１上にｎ型半導体層４２、発光領域を有する活性層４３およびｐ型半導体層４４をこの順に積層して構成されたものであり、ｐ型半導体層４４側からｎ型半導体層４２の一部までを選択的にエッチングして形成されたメサ部４５を有する。そして、基板４１とは反対側の表面に、ｐ側電極４６およびｎ側電極４７がそれぞれ形成されている。ｐ側電極４６はｐ型半導体層４４の表面に形成され、ｎ側電極４７はｎ型半導体層４２の露出面に形成されている。ここで、基板４１は、サブマウント基板５０とは反対側に設けられており、発光領域からの光を透過することが可能な材料、例えばサファイアからなる。つまり、発光部４０は、発光領域からの光を、基板４１側（上面側）から出力することの可能な上面発光型の発光素子である。ｎ型半導体層４２、活性層４３およびｐ型半導体層４４は、例えば、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系の半導体材料からなる。ｐ側電極４６は、高反射膜、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）およびＡｕをこの順に積層した多層膜からなり、ｐ型半導体層４４と電気的に接続されている。ｎ側電極４７は、例えば、Ａｕとゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ＮｉおよびＡｕをこの順に積層した多層膜からなり、ｎ型半導体層４２と電気的に接続されている。
【００２５】
サブマウント基板５０は、絶縁層５１と、引出電極５２，５２とを有しており、引出電極５２，５２と、ｐ側電極４６およびｎ側電極４７とはバンプ５３，５３を介して電気的に接続されている。ここで、絶縁層５１は、例えば、シリコンや金属窒化物からなり、引出電極５２，５２は、高反射率の金属材料、例えば、金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ）などからなる。なお、リードフレーム２０の端子部２２と、サブマウント基板５０の引出電極５２，５３とは、ワイヤ６０，６０で互いに電気的に接続されている（図１）。バンプ５３は、例えば圧着などによりｐ側電極４６およびｎ側電極４７と、引出電極５２，５２とを互いに接着すると共に、互いに電気的に接続させることの可能な金属材料、例えばＡｕ半田からなる。
【００２６】
封止部７０は、半導体チップ３０上に設けられており、発光部４０に対応して半球形状を有している。封止部７０の中央部分に半導体チップ３０およびワイヤ８１，８１が埋め込まれており、端子部２２，２２の一部の表面が封止部７０に接している。これにより、封止部７０は、半導体チップ３０およびワイヤ８１，８１を外部環境から保護するだけでなく、光の配光制御を行うレンズとしても機能するようになっている。
【００２７】
この封止部７０は、屈折率の高い硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）により構成されている。このような高屈折率の硬化性樹脂としては、例えば、硫黄や環状炭化水基を含有するエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が、ポリチオウレタン系樹脂ある。なお、この硬化性樹脂は、モノマーの硬化性樹脂と重合触媒との混合溶液７０Ｂを、重合反応による硬化によって得られるものである。これにより、半導体チップ３０の光射出側の表面（基板４１）がエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えばサファイア（屈折率ｎ１＝１．７６程度）からなる場合（図３参照）には、封止部７０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が半導体チップ３０側から封止部７０側に進んだときの、半導体チップ３０と封止部７０との界面における臨界角が極めて大きくなる。なお、基板４１が封止部７０よりも低い屈折率の材料からなる場合には、光が半導体チップ３０側から封止部７０側に進んだときに、半導体チップ３０と封止部７０との界面で全反射することはない。
【００２８】
ところで、上記した混合溶液７０Ｂは、上記したように、モノマーの硬化性樹脂と重合触媒とを互いに混合することにより得られた溶液であり、加熱処理前のものであることから、この溶液の重合度はほとんどゼロである。すなわち、粘性が水のように非常に低く、流動性が極めて高い。そのため、本実施の形態では、そのような流動性の極めて高い混合溶液７０Ｂを保持できるようにするために、後述するようにドーム形状のキャップ部８０を用いている。
【００２９】
キャップ部８０は、例えばポリカーボネート系樹脂や、シクロオレフィン系樹脂、ガラスなどからなる。このキャップ部８０は、封止部７０の半球形状に対応してドーム形状を有しており、封止部７０の半球形状以外の部分に対応して開口部８１，８１を有している。この開口部８１は、後述するように、樹脂注入器２３０を用いて半導体チップ３０と、キャップ部８０との空隙に混合溶液７０Ｂを注入するための孔であり、混合溶液７０Ｂを注入することによりその孔は塞がれることとなる。
【００３０】
このような構成を有する発光ダイオード１は、例えば次のようにして製造することができる。なお、半導体発光素子１０およびキャップ部８０は公知の製造方法で製造することが可能であることから、その製造方法についての説明は省略し、以下では、半導体発光素子１０上にキャップ部８０を形成した後に、封止部７０を設ける際の製造方法の一例について説明する。
【００３１】
さて、半導体発光素子１０とキャップ部８０との間隙に封止部７０を設けるに際しては、図４に示したようなオーブン２００が用いられる。このオーブン２００には、半導体発光素子１０を載置する台座２１０が底部に設けられており、この台座２１０の上面に電源３００の端子と接続された接続端子部２１１が設けられている。ここで、半導体発光素子１０の発光部４０は、投入エネルギーのおよそ８０％が熱に変換されることから、熱源として十分に機能させることが可能である。これにより、電源３００から半導体発光素子１０の発光部４０に電圧を印加して、発光部４０を発光させると共に発熱させ、その熱で混合溶液７０Ｂを加熱することが可能である。また、このオーブン２００には、発光部４０とは別個の熱源として、加熱器２２０が上部に設けられている。これにより、電源３００から加熱器２２０に電圧を印加して、加熱器２２０を発熱させ、その熱で混合溶液７０Ｂを加熱することが可能である。つまり、このオーブン２００は混合溶液７０Ｂを加熱することの可能な熱源を２つ有しており、その一方が混合溶液７０Ｂの内側から、他方が混合溶液７０Ｂの外側から、それぞれ別個にまたは同時に混合溶液７０Ｂを加熱することができるようになっている。なお、以下では、発光部４０および加熱器２２０を同時に駆動させた場合について説明する。
【００３２】
まず、半導体発光素子１０およびキャップ部８０をオーブン２００の台座２１０に載置したのち、接続端子部２１１，２１１を端子部２２，２２に接触させて、半導体発光素子１０を点灯可能にする（ステップＳ１、図４、図７）。続いて、樹脂注入器２３０から混合溶液７０Ｂをキャップ部１８０の注入口１５１に流し込んで、半導体発光素子１０とキャップ部８０との間隙に混合溶液７０Ｂを充填する（ステップＳ２、図５、図７）。
【００３３】
その後、電源３００から発光部４０に電圧を印加して、発光部４０から光Ｌ１を射出させると共に発光部４０を発熱させ、それと同時に、電源３００から加熱器２３０に電圧を印加して、加熱器２３０を発熱させる（ステップＳ３、図６、図７）。
【００３４】
このとき、発光部４０の温度がオーブン２００の雰囲気温度と等しいかそれ以上となるように、発光部４０および加熱器２３０の駆動条件をそれぞれ設定することが好ましい。ただし、発光部４０の温度を、発光部４０の劣化の生じ得る温度（例えば１２０℃程度）よりも低い値に設定することが必要である。例えば、オーブン２００の雰囲気温度を８０℃とした場合に、発光部４０の温度を９０℃に設定するときを考える。まず、半導体発光素子１０および台座２１０，２１０の全体の熱抵抗が４０℃／Ｗであったとする。このとき、発光部４０の温度をオーブン２００の雰囲気温度よりも１０℃だけ大きくするためには、形式的には、１０℃／（４０℃／Ｗ）＝０．２５Ｗを発光部４０に投入すればよいが、実際には、投入エネルギーのおおよそ８０％が熱に変換されるので、０．２５Ｗ／０．８＝０．３１Ｗを投入すればよいことがわかる。
【００３５】
これにより、混合溶液７０Ｂが発光部４０側から加熱され硬化されると共に、キャップ部８０側からも加熱され硬化され、その結果、混合溶液７０Ｂから封止部７０を形成することができる。このようにして、本実施の形態の発光ダイオード１が製造される。
【００３６】
次に、本実施の形態の発光ダイオード１の作用・効果について説明する。この発光ダイオード１では、ｐ側電極４６とｎ側電極４７との間に所定の電圧が印加されると、ｎ側電極４７から電子が、ｐ側電極４６から正孔がそれぞれ活性層４３へ注入される。そして、この活性層４３に注入された電子と正孔が再結合することにより活性層４３から光子が発生し、その結果、発光光が基板４１の裏面から封止部７０およびキャップ部８０を介して外部に射出される。このとき、外部に射出される光は封止部５０およびキャップ部８０の半球状の界面によって配光制御される。
【００３７】
ここで、封止部７０の材料として、仮にエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率（ｎ３＝１．５程度）の材料を用いた場合に、半導体チップ３０の基板４１として例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いたときには、図３（Ａ）に示したように、基板４１と封止部７０との界面における屈折率差が大きくなる。そのため、光が基板４１側から封止部７０側に進んだときの、基板４１と封止部７０との界面における臨界角が小さくなるので、光が半導体チップ３０側から封止部７０側に進んだときに、半導体チップ３０と封止部７０との界面で全反射したりフレネル反射を生じる割合が多くなる。その結果、反射された光の多くは半導体チップ３０内の活性層４３などで吸収されてしまうので、このような構成をとった場合には、光取り出し効率は低くなる。
【００３８】
一方、本実施の形態では、封止部７０の材料として屈折率の高い硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）を用いるようにしたので、半導体チップ３０の基板４１としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いた場合には、封止部７０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が半導体チップ３０側から封止部７０側に進んだときの、半導体チップ３０と封止部７０との界面における臨界角を極めて大きくすることができる。なお、半導体チップ３０の基板４１として封止部７０よりも低い屈折率の材料を用いた場合には、光が基板４１側から封止部７０側に進んだときに、基板４１と封止部７０との界面で全反射することはない。したがって、基板４１側から封止部７０側に進む光が基板４１と封止部７０との界面で全反射したりフレネル反射を生じる割合を極めて小さくすることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
なお、上記の作用・効果は、図３（Ｂ）に示したように、基板４１と封止部７０とが隙間なく互いに接していることが前提となる。つまり、基板４１と封止部７０との間にサブミクロンでも空隙がある場合には、臨界角は基板４１と空隙との関係で規定されてしまうので、たとえ封止部７０の材料として屈折率の高い硬化性樹脂を用いたとしても、光取り出し効率を向上させることはできない。一方、本実施の形態では、混合溶液７０Ｂが加熱温度の高い領域から順次重合反応により硬化していくという性質を積極的に利用して、発光部４０を発熱させ、その熱で混合溶液７０Ｂを発光部４０側から加熱し硬化させるようにしたので、混合溶液７０Ｂの収縮硬化による歪（応力）を発光部４０にほとんど伝えないようにすることが可能となる。これにより、混合溶液７０Ｂを硬化させる過程において、混合溶液７０Ｂが半導体発光素子１０の表面から剥離する虞をなくすることができるので、光取り出し効率を確実に向上させることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、発光部４０を発熱させると共に、加熱器２２０も発熱させるようにしたので、混合溶液７０Ｂの内側の温度を混合溶液７０Ｂの外側の温度とおおよそ等しくしたり、混合溶液７０Ｂの外側の温度よりも高くすることが可能となる。これにより、加熱器２２０だけで混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させた場合と比べて、硬化の完了までに要する時間を短縮することができるので、生産性を高めることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、発光部４０を発光・発熱させた状態で、混合溶液７０Ｂを硬化させるようにしたので、発光ダイオード１を使用しているときとほとんど同じ条件で、混合溶液７０Ｂを硬化させることができる。これにより、加熱器２２０だけで混合溶液７０Ｂを加熱した場合のように、混合溶液７０Ｂの内側の温度が低い状態で混合溶液７０Ｂを硬化させた場合と比べて、発光ダイオード１を使用しているときに、発光部４０が封止部７０から受ける応力の大きさを低減することができる。その結果、発光ダイオード１の使用時に、封止部７０が半導体発光素子１０に損傷を与えたり、半導体発光素子１０から剥離する虞がなくなるので、信頼性を高めることができる。
【００４２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４３】
例えば、上記実施の形態では、発光部４０および加熱器２３０に同時に電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを内側および外側から加熱し硬化させるようにしていたが、発光部４０だけに電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを内側から加熱し硬化させるようにしてもよい。そのような場合であっても、上記実施の形態と同様、混合溶液７０Ｂの収縮硬化による歪を発光部４０に伝えないようにすることが可能であり、混合溶液７０Ｂを硬化させる過程において、混合溶液７０Ｂが半導体発光素子１０の表面から剥離する虞をなくすることができ、光取り出し効率を確実に向上させることができるからである。
【００４４】
また、上記実施の形態では、半導体発光素子１０から離れた場所に加熱器２２０を設けていたが、図８に示したように、半導体発光素子１０を上側加熱器２２１と下側加熱器２２２とで挟み込んで、混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させるようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、流動性の極めて高い混合溶液７０Ｂを用いて、封止部７０を形成するようにしていたが、混合溶液７０Ｂを開口部８１に注入する前に、混合溶液７０Ｂを予備的に重合反応させ、流動性を低下させた後に、開口部８１に注入するようにしてもよい。ここで、「予備的に」とは、混合溶液７０Ｂを樹脂注入器２３０に入れたまま常温の外部環境にしばらく放置したり、自然光に照射させるなど、混合溶液７０Ｂの流動性を低下させるような作用を混合溶液７０Ｂに対して意識的に与えていないケースを排除することを意味しており、また、混合溶液７０Ｂを加熱したり、所定の光を照射するなど、混合溶液７０Ｂの流動性を低下させるための行為を積極的に行うケースを含めることを意味している。これにより、混合溶液７０Ｂの流動性を低下させる工程と、混合溶液７０Ｂを硬化させる工程とを分離することができるので、混合溶液７０Ｂの流動性を低下させる工程を前工程として別個に行っておくことにより、混合溶液７０Ｂを開口部８１に注入した後の、硬化工程に要する時間を短縮することができる。
【００４６】
また、このように混合溶液７０Ｂの流動性を低下させる工程を前工程として別個に行うことにより、硬化工程を行う前に、混合溶液７０Ｂをある程度収縮させることができる。これにより、硬化工程における混合溶液７０Ｂの収縮率が必然的に小さくなるので、混合溶液７０Ｂの収縮硬化による発光部４０への歪（応力）をほとんどなくすることができる。従って、硬化収縮による半導体発光素子１０の性能劣化や、損傷が生じる虞はない。
【００４７】
また、このように硬化工程に要する時間を短縮することができるので、硬化工程における高温による半導体発光素子１０の性能劣化や、損傷も生じる虞はない。
【００４８】
また、混合溶液７０Ｂを注入する開口部８１が上面に存在していなくても、混合溶液７０Ｂを注入したり、注入した混合溶液７０Ｂを保持することが可能となるので、種々の方法を用いて発光ダイオードを製造することが可能となる。以下に、例えば、図９に示したような、キャップ部８０を有しない発光ダイオード２の製造方法について、いくつか例示する。なお、図９では、リードフレーム２０の代わりに、金属板９１、絶縁層９２、端子部９３および接着層９３を有する基板９０を用いている。
【００４９】
例えば、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、半導体チップ３０が搭載された基板９０の半導体チップ３０に対応して、母型２４０を配置したのち、母型２４０と基板９０との隙間から、流動性の低下した混合溶液７０Ｂを注入し、母型２４０内部を混合溶液７０Ｂで充填する。その後、発光部４０に電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させる。このようにして封止部７０を形成することにより、発光ダイオード２を製造することができる。
【００５０】
その他に、例えば、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、半導体チップ３０が搭載された基板９０の半導体チップ３０に対応して、流動性の低下した混合溶液７０Ｂを滴下する。そして、混合溶液７０Ｂが所定の形状になったところで、発光部４０に電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させる。このようにして封止部７０を形成することにより、発光ダイオード２を製造することもできる。
【００５１】
また、例えば、図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、複数の半導体チップ３０が搭載された基板９０上に、流動性の低下した混合溶液７０Ｂを塗布したのち、各半導体チップ３０に対応して窪みを有する母型２５０を塗布された混合溶液７０Ｂに埋め込む。その後、発光部４０に電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させる。このようにして封止部７０を形成することにより、発光ダイオード３を製造することもできる。
【００５２】
なお、例えば、図１３に示したように、基板９０上に、半導体チップ３０の周囲を囲むように反射構造体９５を設けた場合には、反射構造体９５の内側、すなわち半導体チップ３０上に混合溶液７０Ｂを満たすことができるので、上記のような母型は必要ない。この場合には、反射構造体９５の内側に流動性の低下した混合溶液７０Ｂを満たしてドーム形状にしたのち、発光部４０に電圧を印加して、混合溶液７０Ｂを加熱し硬化させる。このようにして封止部７０を形成することにより、発光ダイオード４を製造することもできる。
【００５３】
ところで、硬化性樹脂が硫黄を含有している場合には、このように混合溶液７０Ｂの重合反応を進行させておくことにより、硬化性樹脂に含まれる硫黄が重合反応により他の元素と分子結合し、硫黄の金属との反応性を著しく低下させることができる。これにより、端子部２２，２２や、ｐ側電極４６、ｎ側電極６７、引出電極５２，５２およびワイヤ６０，６０などの金属部分が混合溶液７０Ｂと接触しても、混合溶液７０Ｂに含まれる硫黄の、これらの金属部分との反応性を抑制することができる。その結果、これらの金属部分が劣化したり損傷を受ける前に、混合溶液７０Ｂの硬化を完了させることができるので、硬化性樹脂に硫黄が含まれていても、それによって金属部分が劣化したり損傷する虞はない。従って、信頼性の高い発光ダイオードを実現することができる。
【００５４】
また、このように混合溶液７０Ｂの重合反応をあらかじめ進行させておくことにより、硬化工程において、硫黄の悪臭が周囲に拡散しなくなるので、混合溶液７０Ｂの取り扱いが容易になる。
【００５５】
また、上記実施の形態および変形例では、本発明を発光ダイオードに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の半導体装置、例えば、有機ＥＬ装置、パワーＩＣなどにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光ダイオードの断面構成図である。
【図２】図１の半導体チップの断面構成図である。
【図３】基板と封止部との界面およびその近傍における屈折率の分布図である。
【図４】図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図５】図４の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図６】図５の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図７】図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための流れ図である。
【図８】図１の発光ダイオードの他の製造方法を説明するための断面構成図である。
【図９】一変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。
【図１０】図９の発光ダイオードの製造工程を説明するための流れ図である。
【図１１】図９の発光ダイオードの他の製造方法を説明するための断面構成図である。
【図１２】他の変形例に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。
【図１３】他の変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。
【図１４】従来の発光ダイオードの断面構成図である。
【図１５】図１４の半導体チップの断面構成図である。
【図１６】図１４の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１〜４…発光ダイオード、１０…半導体発光素子、２０…リードフレーム、２１…スラグ部、２２…端子部、２３…接着層、２４…フレーム部、３０…半導体チップ、４０…発光部、４１…基板、４２…ｎ型半導体層、４３…活性層、４４…ｐ型半導体層、４５…メサ部、４６…ｐ側電極、４７…ｎ側電極、５０…サブマウント基板、５１…絶縁基板、５２…引出電極、５３…バンプ、６０…ワイヤ、７０…封止部、７０Ｂ…混合溶液、８０…キャップ部、８１…開口部、９０…基板、９１…金属板、９２…絶縁層、９３…端子部、９４…接着層、９５…反射構造体、２００…オーブン、２１０…台座、２１１…接続端子部、２２０…加熱器、２２１…上側加熱器、２２２…下側加熱器。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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