(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気保護素子をリードフレームのマウント部に搭載し、フリップチップ型の半導体発光素子を前記静電気保護素子の上面にｐ側及びｎ側の電極を導通させて搭載し、前記半導体発光素子の搭載面側と反対側を主光取出し面とした半導体発光装置において、その上面が前記静電気保護素子の上端よりも上側で且つ前記半導体発光素子の発光層よりも下側に位置する光反射型の樹脂モールドを前記マウント部内に充填してなる半導体発光装置。
【請求項２】
樹脂モールドは、白色顔料をフィラーとして含む請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
白色顔料のフィラーは、酸化チタンである請求項２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、たとえば青色発光ダイオード等の光デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物を利用したフリップチップ型の半導体発光装置に係り、特に発光層から素子の搭載面方向に放出される光を効率よく主光取出し面側に反射させて発光輝度を向上させるようにした半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物の半導体の製造では、その表面において半導体膜を成長させるための結晶基板として、一般的には絶縁性のサファイアが利用される。このサファイアのような絶縁性の結晶基板を用いる場合では、結晶基板側から電極を出すことができないので、半導体層に設けるｐ，ｎの電極は結晶基板と対向する側の一面に形成されることになる。
【０００３】
たとえば、ＧａＮ系化合物半導体を利用した発光素子は、絶縁性の基板としてサファイア基板を用いてその上面にｎ型層及びｐ型層を有機金属気相成長法によって積層形成し、ｐ型層の一部をエッチングしてｎ型層を露出させ、これらのｎ型層とｐ型層のそれぞれにｎ側電極及びｐ側電極を形成するというものがその基本的な構成である。そして、ｐ側電極を透明電極とした場合であれば、これらのｐ側及びｎ側の電極にそれぞれボンディングパッド部を形成して、リードフレームや基板にそれぞれワイヤボンディングされる。
【０００４】
一方、サファイア基板側から光を取り出すようにしたフリップチップ型の半導体発光素子では、ｐ側電極を透明電極としないままでこのｐ側及びｎ側の電極のそれぞれにマイクロバンプを形成し、これらのマイクロバンプを基板またはリードフレームのｐ側及びｎ側に接続する。
【０００５】
図４はフリップチップ型の半導体発光素子を利用したＬＥＤランプの概略を示す縦断面図である。
【０００６】
図において、発光素子１は、絶縁性の透明なサファイア基板１ａの表面に、たとえばＧａＮバッファ層，ｎ型ＧａＮ層，ＩｎＧａＮ活性層，ｐ型ＡｌＧａＮ層及びｐ型ＧａＮ層を順に積層し、ＩｎＧａＮ活性層を発光層としたものである。そして、ｎ型ＧａＮ層にｎ側電極２が、及びｐ型ＧａＮ層にはｐ側電極３がそれぞれ蒸着法によって形成され、更にこれらのｎ側電極２及びｐ側電極３の上にはそれぞれマイクロバンプ４，５を形成している。
【０００７】
発光素子１を搭載するリードフレーム６のマウント部６ａには、発光素子１に外部から静電気が印加されないようにしてその破壊を防止するために、静電気保護素子としてツェナーダイオード７を設ける。このツェナーダイオード７は、導電性のＡｇペースト８によってマウント部６ａに接着固定され、その上面にはｐ側及びｎ側の電極７ａ，７ｂをそれぞれ形成したものである。
【０００８】
発光素子１は、サファイア基板１ａが上面を向く姿勢としてツェナーダイオード７の上に搭載され、ｎ側及びｐ側のマイクロバンプ４，５をそれぞれツェナーダイオード７の電極７ａ，７ｂに接合することによって電気的に導通させる。そして、リードフレーム６の上端部を含めて発光素子１の全体がエポキシ樹脂９によって封止され、図示の形状のＬＥＤランプが構成される。
【０００９】
発光素子１への通電があるときには、半導体積層膜中のＩｎＧａＮ活性層が発光層となり、この発光層からの光がサファイア基板１ａ及びｐ側電極３の両方向へ向かう。そして、ｐ側電極３を光透過しない反射型の積層膜としておくことにより、サファイア基板１ａの上面からの発光輝度を最大としてこの面を主光取出し面とすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
リードフレーム６のマウント部６ａは、発光素子１の搭載という役目のほかに、その内周面を銀鏡層等のように光反射率が高い表面とすれば、発光層から漏れ出る光を反射させるのに有効に利用できる。すなわち、発光素子１の発光層からの光はサファイア基板１ａの上面の主光取出し面やｐ側電極３側へ向かう成分に加えて、発光層とｐ側電極３までの間の層の周壁から漏れ出る成分がある。したがって、このような周壁からの光をマウント部６ａの内周面で反射させるようにすれば、発光輝度の向上が図られることになる。
【００１１】
ところが、発光素子１はツェナーダイオード７を介してマウント部６ａに搭載されているため、側方に向かう光の光路に対してこのツェナーダイオード７が干渉したりすることで、マウント部６ａの内周面からの高い反射率が得られない。すなわち、ツェナーダイオード７は発光素子１を安定して搭載するためと電気的導通のために、発光素子１よりもその平面形状は大きくなる傾向にあり、このためマウント部６ａの内周面へ達しようとする光を遮りやすく、反射率の向上の障害となる。
【００１２】
また、ツェナーダイオード７はすり鉢状のマウント部６ａの底に搭載されるので、このツェナーダイオード７の周りとマウント部６ａの内周面との間の部分には影ができやすくなる。このため、発光素子１の主光取出し面及びマウント部６ａの内周面からの光が十分に確保されても、この影によって全体の発光を鈍らせるようになり、発光輝度に大きく影響する。
【００１３】
このように、リードフレーム６のマウント部６ａにツェナーダイオード７を介して発光素子１を搭載するものでは、ツェナーダイオード７による光路への干渉及びマウント部６ａの底部側の影による発光の鈍化が避けられないという問題がある。
【００１４】
本発明において解決すべき課題は、フリップチップ型の半導体発光装置において主光取出し面側以外に漏れ出る光を効率よく反射させて発光輝度を向上させることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電気保護素子をリードフレームのマウント部に搭載し、フリップチップ型の半導体発光素子を前記静電気保護素子の上面にｐ側及びｎ側の電極を導通させて搭載し、前記半導体発光素子の搭載面側と反対側を主光取出し面とした半導体発光装置において、その上面が前記静電気保護素子の上端よりも上側で且つ前記半導体発光素子の発光層よりも下側に位置する光反射型の樹脂モールドを前記マウント部内に充填してなることを特徴とする。
【００１６】
このような構成であれば、発光素子の主光取出し面方向以外に漏れる光を樹脂モールドの上面から反射させて光取出し面側へ回収することができるとともに、ツェナーダイオードを設けていても発光素子周りに凹みができないので暗がりによる発光の鈍化も抑えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、静電気保護素子をリードフレームのマウント部に搭載し、フリップチップ型の半導体発光素子を前記静電気保護素子の上面にｐ側及びｎ側の電極を導通させて搭載し、前記半導体発光素子の搭載面側と反対側を主光取出し面とした半導体発光装置において、その上面が前記静電気保護素子の上端よりも上側で且つ前記半導体発光素子の発光層よりも下側に位置する光反射型の樹脂モールドを前記マウント部内に充填してなるものであり、漏れる光を樹脂モールドの上面から反射させて光取出し面側へ回収できるとともに、ツェナーダイオードを設けていても発光素子周りの暗がりによる発光の鈍化も抑えるという作用を有する。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、樹脂モールドは、白色顔料をフィラーとして含む請求項１記載の半導体発光装置であり、白色系の顔料を樹脂モールドに含ませることによって、光の反射率を上げるという作用を有する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、白色顔料のフィラーは、酸化チタンである請求項２記載の半導体発光装置であり、酸化チタンは白色顔料として使用する場合非常に安定した物質性を維持できるもので、たとえば白色からの変色が殆どないため反射率の劣化がなく光の回収効果を向上させるという作用を有する。
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態による半導体発光装置であってＬＥＤランプの例を示す概略縦断面図である。また、図２は本発明における窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の概要であって、同図の（ａ）は平面図、同図の（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線矢視による縦断面図である。
【００２１】
なお、従来例で示したものと同じ部材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
図２の（ａ）及び（ｂ）において、発光素子１の基板１ａの表面には、下から順にＧａＮバッファ層１ｂ，ｎ型ＧａＮ層１ｃ，ＩｎＧａＮ活性層１ｄ，ｐ型ＡｌＧａＮ層１ｅ及びｐ型ＧａＮ層１ｆがそれぞれ積層され、いわゆるダブルヘテロ構造を構成している。この半導体膜の積層構造は、従来例で述べたものと同様であり、通電によってＩｎＧａＮ活性層１ｄが発光層となり、発光層からの光がサファイア基板１ａの主光取出し面（図１においてサファイア基板１ａの上面）側及びｐ側電極３に向かう。
【００２３】
リードフレーム６のマウント部６ａには、その底部から発光素子１の下端付近までにかけて樹脂モールド１０によって封止する。この樹脂モールド１０は、エポキシ系等の樹脂の中に白色顔料として一般に利用されている酸化チタンをフィラーとして含有し、この酸化チタンによって屈折率が小さいすなわち反射率が高い層を形成したものである。なお、酸化チタンを含有していても、これは非導電性なので、電極どうしの間の短絡の問題はない。
【００２４】
樹脂モールド１０の上面は、発光素子１のＩｎＧａＮ活性層１ｄすなわち発光層よりも低い位置とし、樹脂モールド１０の上方の発光層から光を受けることができるようにする。このような樹脂モールド１０を設ける場合では、ツェナーダイオード７をＡｇペースト８によってマウント部６ａに接着固定するとともに発光素子１のマイクロバンプ４，５を電極７ａ，７ｂに接合した後に、樹脂モールド１０をディスペンサーによる注入法等によって充填し、一次硬化した後にエポキシ樹脂９によって全体を封止すればよい。
【００２５】
以上の構成において、リードフレーム６を介して発光素子１に通電すると、ＩｎＧａＮ活性層１ｄを発光層として緑または青の色の発光が得られる。この発光層からの光は、サファイア基板１ａの主光取出し面から抜ける成分及びｐ側電極３側に向かってこれから反射される成分に加えて、発光層から側方に抜ける光の成分が含まれる。
【００２６】
本実施形態では、酸化チタンをフィラーとして含む樹脂モールド１０を発光層よりも下に充填しているので、発光層から側方に抜ける光をこの樹脂モールド１０の上面から反射させて主光取出し面からの発光方向に戻すことができる。
【００２７】
図３は発光素子１からの発光の状況を示す概略図であり、▲１▼は発光層から主光取出し面側に直接抜ける発光であり、▲２▼はｐ側電極３によって反射されて主光取出し面から放出される発光である。また、発光層からの光はｐ側電極３との間の肉厚部分の周面からも放出され、この光は樹脂モールド１０の上面に達して反射される。そして、樹脂モールド１０への発光層からの光の入射角は小さいが、その反射光はすり鉢状に形成されているマウント部６ａの内周面に向けて反射されるので、結果的に▲３▼で示すように主光取出し面からの発光方向とほぼ同じ向きとして反射光を回収することができる。
【００２８】
したがって、ツェナーダイオード７を設けていても、これに発光層からの光路が干渉することがないまま樹脂モールド１０の上面で反射されるので、光の回収効率が向上し、発光輝度を上げることができる。また、ツェナーダイオード７の周りの全体が樹脂モールド１０で充填され、発光素子１の周りには樹脂モールド１０の面が現れるだけであり、凹みによる暗さが発生することもない。このため、発光を鈍らせるような要因をなくすことができ、これによっても発光輝度を更に向上させることができる。
【００２９】
また、樹脂モールド１０によってツェナーダイオード７の全体を封止することができるので、通電時のツェナーダイオード７からの発熱の発光素子１への伝達を抑えることができる。したがって、発光素子１への熱影響を小さくすることができ、その耐久性も向上させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、主光取出し面方向以外に漏れる光を樹脂モールドの上面から反射させて光取出し面側へ回収でき、ツェナーダイオードを設けていても発光素子周りの暗がりによる発光の鈍化も抑えることができるので、発光輝度の向上が図れる。また、ツェナーダイオードの全体を樹脂モールドによって封止すれば、ツェナーダイオードの発熱の発光素子への伝達を抑えることができ、発光素子の耐久性も向上する。
【００３１】
請求項２及び請求項３の発明では、樹脂モールドによる光の反射率を高めることができるので、発光輝度が更に一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるフリップチップ型の半導体発光素子を備えたＬＥＤランプの概略縦断面図
【図２】発光素子の詳細であって、
（ａ）は平面図
（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線矢視による縦断面図
【図３】樹脂モールドによる反射を他の発光成分とともに示す概略図
【図４】従来のフリップチップ型の発光素子を備えたＬＥＤランプの概略縦断面図
【符号の説明】
１  発光素子
１ａ  結晶基板
１ｂ  ＧａＮバッファ層
１ｃ  ｎ型ＧａＮ層
１ｄ  ＩｎＧａＮ活性層
１ｅ  ｐ型ＡｌＧａＮ層
１ｆ  ｐ型ＧａＮ層
２  ｎ側電極
３  ｐ側電極
４，５  マイクロバンプ
６  リードフレーム
６ａ  マウント部
７  ツェナーダイオード
８  Ａｇペースト
９  エポキシ樹脂
１０  樹脂モールド
【図１】
0003985332.tif 000002
【図２】
0003985332.tif 000003
【図３】
0003985332.tif 000004
【図４】
0003985332.tif 000005