(57)【要約】【課題】化合物半導体素子と透光性封止材料との境界面における反射光を低減させて光取り出し効率を向上させ、高輝度化を実現すると共に、透光性封止材料を通過してくる空気中からの酸化性ガスや硫黄が電極面に到達するのを抑制し、電極面の変色等の劣化を防止して、より長寿命な半導体発光装置を提供すること。【解決手段】電極上に化合物半導体素子を搭載した後、ワイヤーボンディング等を用いて化合物半導体素子を電気的に接続する。その後、化合物半導体素子及び電極上に化合物半導体素子の屈折率の値より小さく、透光性封止材料の屈折率の値より大きい値の屈折率を持つガスバリア性の透明薄膜層を、スパッタリング法やCVD法等の真空薄膜作成技術を用いて成膜する。【選択図】図1
2009224538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極上に化合物半導体素子が実装され、該化合物半導体素子の発光によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有した透光性封止材料を有する半導体発光装置であって、前記化合物半導体素子上、および、前記透光性封止材料側における前記電極上に前記化合物半導体素子が実装されている部分を除いて、透明薄膜層を有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記化合物半導体素子からの光を反射させる反射板を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記透明薄膜層は、酸化物系セラミックスであることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記透明薄膜層は、シリカまたはアルミナで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記透明薄膜層は、屈折率が前記透光性封止材料の屈折率より大きく、前記化合物半導体素子の屈折率よりも小さい値であることを特徴とする請求項1から請求項４のいずれか一項に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、化合物半導体装置に関し、特に、劣化防止に伴う長寿命化、及び光取り
出し効率向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光装置の断面図を図３に示す。
【０００３】
図３は表面実装型の半導体発光装置で、セラミックや樹脂等で成形した凹部の中に
化合物半導体素子13を実装し、凹部にエポキシやシリコーン等の透光性樹脂材料11を
封入する。凹部内側の面は反射板12の機能を有し、上方に広がるように傾斜を持たせ
て指向性を高めている。
【０００４】
白色光を得る場合、透光性樹脂材料11の中に蛍光物質を分散させる。
【０００５】
入出力電極や化合物半導体素子を搭載する電極14は、樹脂基板の場合には銅合金に
金めっきや銀めっきし、セラミック基板の場合にはタングステンやモリブデンに金め
っきや銀めっきを施す。
【０００６】
しかし、透光性樹脂材料11は空気を透過しやすい為、空気中の酸化性ガスや硫黄が
銀めっき上に到達すると、変色をきたしその性能が劣化してしまうことが知られてい
る。
【０００７】
また、化合物半導体素子13の屈折率は、例えば、GaAsやGaAlAs等の屈折率は約
3.5、GaNでも2.5程度といずれも高屈折率であるが、その反面透光性樹脂材料11の  
屈折率は約1.4であるのでその屈折率差は必然的に大きくなってしまい、化合物半導  
体素子13と透光性樹脂材料11との境界面において入射光の一部が反射するという、い  
わゆるフレネル損失が生じてしまう。試みに、屈折率の媒質(化合物半導体素子13)    から屈折率の媒質(透光性樹脂材料11)に垂直光が進む場合の強度反射率を計算する    と、約18(％)となる。
【０００８】
加えて、屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が入射する場合、その境界面で光
が全て反射されるという、いわゆる全反射が起こる。前述の場合の臨界角は約24度で
あり、境界面の法線方向に対してこの角度以上で入射する光は全反射を起こし、外部
に取り出すことが出来なくなる。
【０００９】
さらに、化合物半導体素子13として、例えば青色光を発するようなものでは、無色
透明なサファイヤ基板上や透光性の窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム化合物を複数
積層し、その積層構造の工夫により発光層を形成し、電圧を印加することで発光層か
ら発光させるような素子構造となっている。このように、発光層を形成する為に用い
られる基板材料が透光性である為に、発光層からの光が化合物半導体素子13の基板内
を透過し、化合物半導体素子13の裏面側に出射する光も存在する為、このような光を
半導体発光装置の前面に出射することは、高輝度化を図る為には欠かせない。
【００１０】
この問題点を改善する方法として、パッケージ基板の上に光反射層、透明絶縁層を
順次積層し、透明絶縁層上に化合物半導体素子を搭載して、搭載部の周辺からパッケ
ージ基板の側面または下面にかけて配線導体を形成する手法が提案されている（たと
えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開2005-244152号公報(６頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、透明絶縁層は配線導体の下部に設けられている為、配線導体の表面
は保護されず、劣化が生じてしまうものと考えられる。
【００１２】
また、光反射層と配線導体との間で多重反射を繰り返す光も存在するため、それに
伴って光強度が減衰し、さらに場合によっては光反射層と配線導体の間に光が閉じ込
められて外部に出射せず、輝度の低下を招いてしまう。
【００１３】
加えて、透明絶縁層を特定の膜厚で積層すると、その上面で反射する光と下面で反
射する光が互いに打ち消し合うように干渉してしまい、かえって反射強度が低下する
ことも考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体発光装置は、電極上に化合物半導体素子が実装され、化合物半導体
素子の発光によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有した透光性封止材料を有す
る半導体発光装置であって、化合物半導体素子上、及び、少なくとも透光性封止材料
側の電極の上面に化合物半導体素子が実装されている部分を除いて、透明薄膜層を有
することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の半導体発光装置は、化合物半導体素子からの光を反射させる反射板
を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の半導体発光装置は、透明薄膜層は酸化物系セラミックスであること
が好ましい。
【００１７】
また、本発明の半導体発光装置は、酸化物系セラミックスがシリカまたはアルミナ
で構成されることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の半導体発光装置は、透明薄膜層は、屈折率が透光性封止材料の屈折
率より大きく、化合物半導体素子の屈折率よりも小さい値であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体発光装置によれば、電極基板、及び化合物半導体素子上にシリカや
アルミナ等の酸化物系セラミックスで構成される薄膜を積層している。シリカやアル
ミナ等の酸化物系セラミックスは、水蒸気や種々のガスを遮蔽するバリア性を有して
いる為、これらを用いたガスバリア性の透明薄膜層を積層することで、銀等で形成さ
れる電極面に達する空気中の酸化性ガスや硫黄を妨げることができ、電極面の劣化防
止が図れる。
【００２０】
また、本発明の半導体発光装置によれば、化合物半導体素子の屈折率の値より小さ
く、透光性封止材料の屈折率より大きい値の屈折率を有する透明薄膜層を化合物半導
体素子上に積層することで、各境界面での屈折率差を緩和することができ、結果とし
て表面反射率を低減させて輝度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の半導体発光装置によれば、化合物半導体素子の屈折率の値より小さ
く、透光性封止材料の屈折率の値より大きい値の屈折率を有する透明薄膜層を化合物
半導体素子上に積層することで、各境界面での屈折率差を緩和することができ、結果
として臨界角の値が大きくなり、境界面での全反射を低減し、輝度の向上を図ること
ができる。
【００２２】
また、本発明の半導体発光装置によれば、電極基板、及び化合物半導体素子上にガ
スバリア性の透明薄膜層を積層していることから、透明薄膜層の厚みを適宜調整する
ことにより、透明薄膜層の上面反射光と下面反射光が干渉効果により反射強度が低下
し、光取り出し効率が改善し、輝度の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態よりなる半導体発光装置の断面図であり、反射板を用
いた例として示す。
【００２４】
図１において、化合物半導体素子4は液晶ポリマー、またはセラミック等で構成さ
れたパッケージ基板3の電極5上に銀ペースト等でダイボンドされ、ボンディングワ  
イヤー7で電極5とワイヤーボンドされている。その後、化合物半導体素子4、及び    電極5上に透明薄膜層6を積層し、透光性封止材料である透光性樹脂材料1でそれら    を封止する。すなわち、化合物半導体素子4上、および、透光性樹脂材料1側におけ    る電極5上に化合物半導体素子4が実装されている部分を除いて、透明薄膜層6を有    する。また、化合物半導体素子4からの光を反射させる反射板２を有する。
【００２５】
化合物半導体素子4は窒化ガリウム系化合物半導体を利用した高輝度青色発光のLE
D素子である。この化合物半導体素子4は、サファイヤ基板の表面に、例えば窒化ガ  
リウムのn型層、インジウムガリウム窒素の活性層及び窒化ガリウムのp型層を積層    したものである。次にp型層の一部をドライエッチングにて除去しn型層を露出させ    、この露出したn型層の表面にn型電極を形成し、p型層の表面にはp型電極を形成    し、これらのn側及びp側の電極に金を利用したボンディングワイヤー7でワイヤー    ボンドしている。
【００２６】
透明薄膜層6はスパッタリング法やCVD法等の真空薄膜形成技術を用いて形成する  
。その際、透明薄膜層6としては、化合物半導体素子4(屈折率2.5〜3.5)と透光性樹    脂材料1(約1.4)の屈折率差を緩和させる為に、可視域において化合物半導体素子の屈    折率の値より小さく、透光性封止材料の屈折率の値より大きい屈折率を持つ物質が好    ましく、酸化物系セラミックスであるシリカ(屈折率約1.48)、アルミナ(屈折率約    1.63)等が好ましい。
【００２７】
また、透明薄膜層6は、化合物半導体素子4からの光のうち、透明薄膜層6の上面  
反射光と下面反射光が干渉効果によりその反射強度を低下させるような膜厚を有する  
ように形成する。
【００２８】
一例として、図２に透明薄膜層６としてシリカを成膜した場合の膜厚と強度反射率
の結果を示す。透光性樹脂材料1としては、シリコーン樹脂(屈折率1.43)を用いた  
。また、光線の入射角度は0度としている。
【００２９】
図2の結果により、シリカ被膜の膜厚が80nm、230nm等のときの強度反射率が約5.  
77％となり、シリカを成膜していない場合の強度反射率約7.41％に比べておよそ22％  
も低減することが出来る。その分だけ化合物半導体素子側に反射する光が減少して光  
取り出し効率が改善し、半導体発光装置の輝度向上に繋がる。
【００３０】
透光性樹脂材料1は、ディスペンサ等を用いてポッティング法により液状の樹脂を
反射板2の内側に流し込んで成形し、熱硬化させる。この透光性樹脂材料1は、化合  
物半導体素子4及び透明薄膜層6を保護すると共に強固に密着させる機能を有し、熱    硬化性のエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ユリア・メラミ    ン樹脂等からなる。
【００３１】
半導体発光装置から白色発光を得る場合、透光性樹脂材料1の中に化合物半導体素
子4からの光を吸収して、より長波長の光を発する波長変換物質を混練しておく。波
長変換物質としては、白色発光に変換する場合、化合物半導体素子4の発光色である
青色と捕色の関係を持つものであれば良く、蛍光染料、蛍光顔料、蛍光体などが利用
でき、セリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット等が好ましい
。
【００３２】
本発明の半導体発光装置によれば、上記構成の透明薄膜層6を化合物半導体素子4  
、及び電極5上に積層することにより、透光性樹脂材料を透過して電極に到達する酸  
化性ガスや硫黄を妨げることにより、劣化を防止して半導体発光装置の長寿命化を図  
ることが出来る。さらに、透明薄膜層の膜厚を適宜調整することで化合物半導体素子  
4から発せられる光を効率良く取り出すことが出来るので、輝度の高い半導体発光装  
置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体発光装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の透明薄膜層の膜厚と強度反射率との関係を示す            図である。
【図３】従来の半導体発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      透光性樹脂材料
２      反射板
３      パッケージ基板
４      化合物半導体素子
５      電極
６      透明薄膜層
７      ボンディングワイヤー
１１    透光性樹脂材料
１２    反射板
１３    化合物半導体素子
14電極
【図１】
2009224538.tif 000003
【図２】
2009224538.tif 000004
【図３】
2009224538.tif 000005