(57)【要約】【課題】サブマウントに半導体発光素子を載置する構造の半導体発光装置において、光取り出し効率が高くて高信頼性であり、且つ製造コストが安価で小型化が可能な半導体発光装置を提供することにある。【解決手段】半導体発光素子２を載置するサブマウント１を、該サブマウントの上面３を載置する半導体発光素子２の底面４よりも大きく、且つサブマウント１の下面５よりも大きい断面逆台形とし、サブマウント１に載置された半導体発光素子２の上方の方向からみたときにサブマウント１から外側に突出しない状態に接着剤１４を配してサブマウント１を基材１５上に固定した。そして、半導体発光素子２と基材１５とをボンディングワイヤ２０を介して接続するようにした。【選択図】図１１
2007096079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の略平行な面を有するサブマウントの一方の面に半導体発光素子が載置され、他方の面が固定部材を介して基材上に固定され、少なくとも前記半導体発光素子及び前記サブマウントが封止樹脂によって樹脂封止された半導体発光装置であって、前記サブマウントの前記基材上に固定される側の面は、前記サブマウントを該サブマウントの一対の略平行な面と略平行な面で切断することによって得られる最大切断面の大きさよりも小さいことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
凹部を有するサブマウントの前記凹部底面に半導体発光素子が載置され、前記サブマウントの外底面が固定部材を介して基材上に固定され、少なくとも前記半導体発光素子及び前記サブマウントが封止樹脂によって樹脂封止された半導体発光装置であって、前記サブマウントの前記基材上に固定される外底面は、前記サブマウントを前記サブマウントの外底面と略平行な面で切断することによって得られる最大切断面の大きさよりも小さいことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光装置を前記半導体発光素子の上方の方向から見たときに、前記固定部材が前記サブマウントから外側に突出していないことを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光装置に関するものであり、詳しくは、半導体発光素子をサブマウントに載置した構造を有する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光装置の構造を図１４に示す。凹部５０を有するサブマウント５１がリードフレーム５２に固定され、該凹部５０内底面５３に半導体レーザ素子５４が載置されている。そして、サブマウント５１の側壁上端面には凹部５０の内底面５３から内周面５５を経て延びる配線パターンに繋がったボンディングパッド５６が設けられており、半導体レーザ素子５４の電極とボンディングパッド５６との電気的導通が図られている。
【０００３】
また、ボンディングパッド５６とリードフレーム５２とがボンディングワイヤ５７を介して接続されており、両者の間の電気的導通が図られている。これにより、半導体レーザ素子５４の電極とリードフレーム５２とが電気的に繋がっていることになる。
【０００４】
更に、サブマウント５１の凹部５０内にはエンキャップ材５８が充填されて半導体レーザ素子５４を封止しており、エンキャップ材５８を含めたサブマウント５１はボンディングワイヤ５７及びリードフレーム５２と共にモールド樹脂５９によって一体に樹脂封止されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−６８７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の半導体発光装置においては、サブマウント５１は接着剤を介してリードフレーム５２上に固定されるものであるが、そのとき接着剤がサブマウント５１の外周面６０よりも外側に広がることになる。例えば、凹部を有するサブマウントを接着剤を介してリードフレームに固定すると、図１５に示すように接着剤７０がサブマウント５１の外底面７１、外周面６０及びリードフレーム５２の夫々の面と接すると共に、サブマウント５１の外底面７１に押し付けられてリードフレーム５２上をサブマウント５１の外周面６０から外側に向かって広がる。
【０００６】
そのため、サブマウント５１の側壁上端面に設けられたボンディングパッド５６に一方の端部を接続したボンディングワイヤ５７の他方の端部を、リードフレーム５２上に広がった接着剤７０を避けてサブマウント５１の外側面６０から離れる方向の接着剤７０が達していない位置のリードフレーム５２上に接続することになる。
【０００７】
すると、以下のような問題が生じることになる。まず、架空配線するボンディングワイヤ５７の長さが長くなるために材料費が高くなり製造コストが上昇すると共に、サブマウント５１の外周面６０から外側に向かって広がる接着剤７０及びボンディングワイヤ５７の接合部とが半導体発光装置の寸法を大きくする。また、同様にボンディングワイヤ５７が配線が長くなることによって、ボンディングワイヤ５７を封止するモールド樹脂５９の注入圧力を受けてボンディングワイヤ５７の架空配線形状（ループ形状）が変化する、それも樹脂応力に対して機械的強度が弱くなるように変形する。
【０００８】
そのため、半導体発光装置をマザーボードに実装する際の高温環境下、及び半導体発光装置をマザーボードに実装した後の繰り返される点滅による断続的な温度変化環境下において、ボンディングワイヤ５７とボンディングワイヤ５７を封止するモールド樹脂５９との熱膨張係数の差によってボンディングワイヤ５７が受ける樹脂応力が変化し、ボンディングワイヤ５７の断線、ボンディングワイヤ５７の接続部からの剥がれ等が生じて電気的接続不良を起こすことになる。
【０００９】
そこで、この問題を解決するために径の太いボンディングワイヤを使用してモールド樹脂の注入圧力に対する耐力を強化することが考えられるが、この方法は製造コストを上昇させる要因を含んでいる。また、サブマウントをリードフレームに固定する接着剤の量を減らしてサブマウントの外周面の外側に広がる接着剤の範囲を抑制し、接着剤を避けてワイヤボンディングされるボンディングワイヤの配線の長さを短くすることによってモールド樹脂の注入圧力に対する耐力を強化することも考えられるが、この方法はリードフレームに対するサブマウントの接着強度を弱める可能性がある。
【００１０】
また、図１６に示すように、半導体発光素子８０を接着剤７０を介して板状のサブマウント５１に固定すると、上記同様に接着剤７０がサブマウント５１の底面８２に押し付けられてサブマウント５１の側面７２よりも外側に広がることになる。
【００１１】
すると、半導体発光素子８０に電力を供給して発光させたときに、半導体発光素子８０の側面８１側から出射する光が接着剤７０によって吸収されることになり、半導体発光素子８０の外部に対する光取り出し効率が低下して、輝度の低い半導体発光装置となってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、サブマウントに半導体発光素子を載置する構造の半導体発光装置において、光取り出し効率が高くて高信頼性であり、且つ製造コストが安価で小型化が可能な半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、少なくとも一対の略平行な面を有するサブマウントの一方の面に半導体発光素子が載置され、他方の面が固定部材を介して基材上に固定され、少なくとも前記半導体発光素子及び前記サブマウントが封止樹脂によって樹脂封止された半導体発光装置であって、前記サブマウントの前記基材上に固定される側の面は、前記サブマウントを該サブマウントの一対の略平行な面と略平行な面で切断することによって得られる最大切断面の大きさよりも小さいことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、凹部を有するサブマウントの前記凹部底面に半導体発光素子が載置され、前記サブマウントの外底面が固定部材を介して基材上に固定され、少なくとも前記半導体発光素子及び前記サブマウントが封止樹脂によって樹脂封止された半導体発光装置であって、前記サブマウントの前記基材上に固定される外底面は、前記サブマウントを前記サブマウントの外底面と略平行な面で切断することによって得られる最大切断面の大きさよりも小さいことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光装置を前記半導体発光素子の上方の方向から見たときに、前記固定部材が前記サブマウントから外側に突出していないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子を載置したサブマウントを固定部材を介して基材上に固定し、少なくとも前記サブマウントを封止樹脂によって樹脂封止する構成とした。更に、サブマウントの形状に工夫を凝らして載置された半導体発光素子の上方の方向から半導体発光装置を見たときに、固定部材がサブマウントに隠れて該サブマウントから外側に突出して見えることがないようにした。
【００１７】
その結果、ボンディングワイヤをサブマウントの近傍にワイヤボンディングすることができるようになるためにボンディングワイヤの架空配線の長さを短くできる。そのため材料費の高騰を抑えて製造コストの上昇を抑制することができると共に、半導体発光装置の小型化を実現することができる。また、同様にボンディングワイヤの配線の長さを短くできることによって、ボンディングワイヤを封止する封止樹脂の注入圧力を受けてもボンディングワイヤの架空配線形状（ループ形状）が変化することがなく、電気的不具合の発生を回避して高品質及び高信頼性を確保することができる。
【００１８】
更に、半導体発光素子の側面側から出射する光がサブマウントの上面によって反射されて半導体発光装置の光出射面側に向けられるため、半導体発光素子の外部に対する光取り出し効率が向上して、高輝度の半導体発光装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２０】
図１〜図１０は本発明の半導体発光装置を構成するサブマウントの例を示す断面図である。そのうち、図１〜図６に示されるサブマウントは少なくとも一対の略平行な面と所望の種々の形状の側面とを有する略平板ブロック形状をしており、図７〜１０に示されるサブマウントは凹部と所望の種々の形状の外周面とを有する略Ｕ字形状をしている。
【００２１】
また、図１〜図１０の夫々のサブマウントには半導体発光素子が載置されており、そのうち、図１〜図６では略平板ブロック形状のサブマウント上に半導体発光素子が載置され、図７〜図１０では略Ｕ字形状の凹部内底面に半導体発光素子が載置されている。
【００２２】
ここで、図１〜図１０に示されるサブマウントの形状を説明する。図１に示すサブマウント１は、半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３は半導体発光素子２の底面４よりも大きく、且つサブマウント１の下面５よりも大きい断面逆台形の形状を呈しており、上面３と下面５とは略平行となっている。よって、サブマウント１の側面６はサブマウント１の上面３側から下面５側に向かって内側に傾斜しており、サブマウント１の上面３と側面６とのなす角度θは９０°より小さい（θ＜９０°）ことが望ましく、サブマウント１の下面５の接合安定性の面から前記角度θは４５°より大きく６０°より小さい（４５°＜θ＜６０°）ことが更に望ましい。
【００２３】
図２に示すサブマウント１は、上記図１に示すサブマウント１と同様の断面逆台形の形状を呈しており、半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３が半導体発光素子２の底面４と略同一の大きさに形成されていることが異なる。
【００２４】
図３に示すサブマウント１は、半導体発光素子２を載置する上面３を含む上部７と下面５を含む下部８との２段構成になっており、上面３は半導体発光素子２の底面４より大きく、且つ下面５より大きい断面逆凸形の形状を呈している。よって、サブマウント１の側面６は上部７側、下部８側共に、上面３及び下面５に対して略垂直となっている。
【００２５】
図４に示すサブマウント１は、上記図３に示すサブマウント１と同様の断面逆凸形の形状を呈しており、半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３が半導体発光素子２の底面４と略同一の大きさに形成されていることが異なる。
【００２６】
図５に示すサブマウント１は、半導体発光素子２を載置する上面３を含む上部７と下面５を含む下部８との２段構成になっており、上部７側の側面６ａはサブマウント１の上面３側から下方に向かって外側に傾斜しており、下部８側の側面６ｂはサブマウント１の下面５側から上方に向かって外側に傾斜しており、両側面６ａ、６ｂはサブマウント１の上部７と下部８との境界で接している。半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３は半導体発光素子２の底面４と略同一の大きさに形成されている。
【００２７】
図６に示すサブマウント１は、半導体発光素子２を載置する上面３を含む上部７と下面５を含む下部８との２段構成になっており、上部７側の側面６ａはサブマウント１の上面３側から下方に向かって外側に傾斜しており、下部８側の側面６ｂは下面５に対して略垂直となっている。半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３は半導体発光素子２の底面４と略同一の大きさに形成されていると共に、上部７と下部８の境界においては下部８よりも上部７の方が大きい。
【００２８】
図７に示すサブマウント１は、平坦な内底面９と該内底面９に略垂直な内周面１０とからなる凹部１１を有しており、内底面９に半導体発光素子２が載置されている。サブマウント１の外側は、凹部１１内底面９に略平行な下面５と、該下面５側から上方に向かって外側に傾斜した面及びサブマウント１の上端面１２側から下方に向かう下面５に対して略垂直な面とからなる外周面１３とで構成されている。
【００２９】
図８に示すサブマウント１は、サブマウント１の下面５側から上方に向かう外周面１３がサブマウント１の下面５に対して垂直であること以外は上記図７に示すサブマウント１と同様の形状を呈している。
【００３０】
図９に示すサブマウント１は、凹部１１が平坦な内底面９と該内底面９から上方に向かって外側に傾斜した内周面１０とからなる擂鉢形状であること以外は上記図７に示すサブマウント１と同様の形状を呈している。
【００３１】
図１０に示すサブマウント１は、サブマウント１の下面５側から上方に向かう外周面１３がサブマウント１の下面５に対して垂直であること以外は上記図９に示すサブマウント１と同様の形状を呈している。
【００３２】
なお、サブマウントは加工が容易で耐久性に優れていること、載置した半導体発光素子の点灯時に発生する熱に対する放熱性が良好であること等の性能要件を満足することが求められるため、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等の絶縁材料、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ及びこれらの合金等の金属材料、Ｓｉ等の半導体材料が使用されるが、その中でも特に放熱性を重視すると、金属材料を使用することが望ましい。また、放熱性の効果を高めるためには厚みを薄くすることも有効な方法である。
【００３３】
上記図１〜図１０に示すように半導体発光素子が載置されたサブマウントは、半導体発光装置の基材に接合されることによって機能を果たすものである。そこで、図１〜図１０で示されるサブマウントの中から２つのタイプを選び、それらが基材に接合される状態を図１１及び図１２を参照しながら説明する。
【００３４】
図１１は上記図１のサブマウント１を接着剤（Ａｇペイント）１４を介して基材１５に接合した状態を示したものである。接着剤１４はサブマウント１の下面５、サブマウント１の側面６及び基材１５の表面１６の夫々の面と接すると共に、基材１５の表面１６上をサブマウント１の側面６から外側に向かって広がっている。この場合、半導体発光素子２を載置するサブマウント１の上面３は半導体発光素子２の底面４よりも大きく、且つサブマウント１の下面５よりも大きい断面逆台形の形状を呈している。よって、サブマウント１の側面６はサブマウント１の上面３側から下面５側に向かって内側に傾斜している。
【００３５】
そのため、基材１５の表面１６上をサブマウント１の側面６から外側に向かって広がる接着剤１４は、サブマウント１の傾斜した側面６と基材１５の表面１６との間に挟み込まれる状態になる。しかも、基材１５の表面１６上をサブマウント１の側面６から外側に向かって広がっている接着剤１４の先端１７はサブマウント１の上面３縁部１８よりも内側（半導体発光素子が載置された側）で止まっている。
【００３６】
そこで、基材１５に対するサブマウント１の接合状態をサブマウント１に載置された半導体発光素子２の上方の方向から見ると、接着剤１４はサブマウント１に隠れてサブマウント１の外側に突出して見えることはない。
【００３７】
このように、接着剤の流れをサブマウント１の上面３縁部１８よりも内側で止めるためには、サブマウント１の上面３縁部１８と底面５縁部１９とを基材１５の表面１６上に投影したときの両縁部１８、１９の距離Ｌを約７５〜２１５μｍに設定することが望ましい。
【００３８】
すると、ボンディングワイヤ２０をサブマウント１の近傍にワイヤボンディングすることができるようになるためにボンディングワイヤ２０の架空配線の長さを短くできる。そのため材料費の高騰を抑えて製造コストの上昇を抑制することができると共に、半導体発光装置の小型化を実現することができる。また、同様にボンディングワイヤ２０の配線の長さを短くできることによって、ボンディングワイヤ２０を封止する封止樹脂（図示せず）の注入圧力を受けてもボンディングワイヤ２０の架空配線形状（ループ形状）が変化することがなく、電気的不具合の発生を回避して高品質及び高信頼性を確保することができる。
【００３９】
更に、半導体発光素子２の側面２１側から出射する光がサブマウント１の上面３によって反射されて半導体発光装置の光出射面側に向けられるため、半導体発光素子２の外部に対する光取り出し効率が向上して、高輝度の半導体発光装置を実現することが可能となる。
【００４０】
図１２は上記図３のサブマウント１をはんだ２２を介して基材１５に接合した状態を示したものである。この場合は、はんだ接合のためにサブマウント１の下部８側の側面６へのはんだ２２の這い上がり及び基材１５の表面１６へのはんだの広がりが容易に行なわれ、基材１５へのサブマウント１の接合を確実なものにすることができる。
特に、はんだ２２の這い上がりを期待するサブマウント１の下部８側の側面６は図１２に示すようにサブマウント１の下面５に対して略垂直（言い換えると、基材１５の表面１６に略垂直）であることが望ましい。
【００４１】
この場合も、基材１５の表面１６上をサブマウント１の側面６から外側に向かって広がっているはんだ２２の先端２３はサブマウント１の上面３縁部１８よりも内側（半導体発光素子が載置された側）で止まっている。
【００４２】
そこで、基材１５に対するサブマウント１の接合状態をサブマウント１に載置された半導体発光素子２の上方の方向から見ると、はんだ２２はサブマウント１に隠れてサブマウント１の外側に突出して見えることはない。
【００４３】
従って、図１１で説明したと同様に、ボンディングワイヤ２０をサブマウント１の近傍にワイヤボンディングすることができるようになるためにボンディングワイヤ２０の架空配線の長さを短くできる。そのため材料費の高騰を抑えて製造コストの上昇を抑制することができると共に、半導体発光装置の小型化を実現することができる。また、同様にボンディングワイヤ２０の配線の長さを短くできることによって、ボンディングワイヤ２０を封止する封止樹脂（図示せず）の注入圧力を受けてもボンディングワイヤ２０の架空配線形状（ループ形状）が変化することがなく、電気的不具合の発生を回避して高品質及び高信頼性を確保することができる。
【００４４】
なお、半導体発光素子が載置されて該半導体発光素子との接合面となるサブマウントの上面に、反射率の良好な金属膜をＣＶＤやスパッタ等の方法によって形成することによって、半導体発光素子から出射された光の反射効率を高めて半導体発光装置の光取り出し効率を向上させることが望ましい。また、半導体発光素子との接合強度を高めるためにサブマウントの上面にメッシュ状の溝を形成することも有効である。更に、サブマウントの上面に、半導体発光素子の電極に接続して外部から該半導体発光素子に電力を供給するための回路パターンを形成することも可能である。
【００４５】
また、サブマウントと基材との固定部材としては、例えば、Ａｇペースト、シリコーン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤及びはんだ等が使用される。シリコーン樹脂系接着剤及びエポキシ樹脂系接着剤には熱伝導性を高めるためにフィラーを含有させることが望ましい。また基材は、適宜配線処理をした絶縁体（例えば、ガラスエポキシ基板、窒化アルミ等のセラミック基板）、適宜配線処理をした金属基板（Ａｌ、Ｃｕ等）等が用いられる。
【００４６】
次に、サブマウントを使用した半導体発光装置の製造方法について、図１３を参照しながら説明する。（ａ）サブマウント１に所定の間隔で複数の半導体発光素子２を載置する。（ｂ）複数の半導体発光素子２が載置されたサブマウント１を所定の間隔で、サブマウント１の上面３側から下面５側に向かって内側に傾斜した切り口で切断する。（ｃ）個々に分離された半導体発光素子２付きサブマウント１を接着剤１４を介して基材１５に固定する。（ｄ）半導体発光素子２と基材１５とをボンディングワイヤ２０を介して接合する。（ｅ）半導体発光素子２、サブマウント１、ボンディングワイヤ２０及び基材１５の表面を透光性樹脂あるいは蛍光体を含有した透光性樹脂等の封止樹脂２４で樹脂封止して半導体発光装置が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の半導体発光装置を構成するサブマウントの断面図である。
【図２】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図３】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図４】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図５】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図６】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図７】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図８】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図９】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図１０】同じく、本発明の半導体発光装置を構成する他のサブマウントの断面図である。
【図１１】半導体発光素子を搭載したサブマウントの実装状態を示す断面図である。
【図１２】同じく、半導体発光素子を搭載した他のサブマウントの実装状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の半導体発光装置に係わる製造工程図である。
【図１４】従来の半導体発光装置の断面図である。
【図１５】同じく、従来の半導体発光装置の断面図である。
【図１６】同じく、従来の他の半導体発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    サブマウント
２    半導体発光素子
３    上面
４    底面
５    下面
６、６ａ、６ｂ    側面
７    上部
８    下部
９    内底面
１０    内周面
１１    凹部
１２    上端面
１３    外周面
１４    接着剤
１５    基材
１６    表面
１７    先端
１８    縁部
１９    縁部
２０    ボンディングワイヤ
２１    側面
２２    はんだ
２３    先端
２４    封止樹脂
【図１】
2007096079.tif 000003
【図２】
2007096079.tif 000004
【図３】
2007096079.tif 000005
【図４】
2007096079.tif 000006
【図５】
2007096079.tif 000007
【図６】
2007096079.tif 000008
【図７】
2007096079.tif 000009
【図８】
2007096079.tif 000010
【図９】
2007096079.tif 000011
【図１０】
2007096079.tif 000012
【図１１】
2007096079.tif 000013
【図１２】
2007096079.tif 000014
【図１３】
2007096079.tif 000015
【図１４】
2007096079.tif 000016
【図１５】
2007096079.tif 000017
【図１６】
2007096079.tif 000018