(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子又は受光素子をリードフレームに実装した発光又は受光装置の製造方法であって、
前記素子の透光基板をリードフレームの窓に重ね、この透光基板をリードフレームにダイボンディングする工程と、その上で素子の電極部を、前記ダイボンディング平面と高さをほぼ同じくするリードフレームの平面にワイヤボンディングする工程と、ワイヤボンディング工程後に前記リードフレームをＬ字形に折曲する工程と、折曲工程後に前記素子の周囲に樹脂をモールドする工程とを備えることを特徴とする発光又は受光装置の製造方法。
【請求項２】
前記折曲工程後に、前記リードフレームの脚部を基板に固定する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光又は受光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体素子からなる発光素子又は受光素子をリードフレーム又は電子回路基板に実装して構成した発光又は受光装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体素子からなる発光素子又は受光素子は良く知られている。かかる素子では、光の透過率を向上させるため、様々な工夫がなされている。例えば、素子表面の電極を透明化し、光が透過できる領域の割合を高めている。また、素子の基板としてサファイヤのような透光性の材料を用い、この透光基板の上に素子を形成した後、電極を形成した表面側よりも光を通しやすくなっている透光基板側が発光面又は受光面となるように素子を実装している。
【０００３】
透光基板が発光面又は受光面となるように素子を実装したものの例としては、特開２０００−１６４９３８号公報に記載されたものがある。この先行技術例では、発光を透過する基板と、該基板上に窒化物半導体からなる発光層を含む半導体層と、該半導体層上に設けられた正及び負電極とを備えた発光素子を、基板側と発光装置の光出射面とが対向するように、基板をリードフレームのダイパッド部に固定し、前記正及び負電極をリードフレームにワイヤで接続している。
【０００４】
ところでこの先行技術例記載の構成では、リードフレームの脚部の途中にリードパッドを形設し、ここと正及び負電極とをワイヤボンディングしており、リードパッドが中空に突き出したような形になっているため、ボンディングの作業性が悪い。このような形状のリードパッドをリードフレームに形設すること自体容易ではない上、ワイヤボンディングによってリードフレームが曲がらないよう、リードフレームの材料として肉厚のものを用い、強度を高めておくといった配慮が必要となる。さらに、断面Ｌ字形のリードフレームを１対、向かい合わせに置き、その間に発光素子を配置するものであるため、発光素子を実装する際、発光素子をつかんだボンディングヘッドがリードフレームに触れないよう、リードフレームの脚部と発光素子の間にある程度のクリアランスを確保しておく必要がある。ワイヤボンディング作業に関しても同様のクリアランスを必要とする。このようにクリアランスを設ける結果、発光素子とリードフレームとの組立体の体積をコンパクト化することが難しくなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、透光基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子又は受光素子を実装して構成した発光又は受光装置において、ワイヤボンディングの作業性を向上し、リードフレームの設計を容易に、またリードフレームの肉厚についての配慮を不要とし、さらに発光素子又は受光素子とリードフレームとの組立体の体積をコンパクト化できるようにすることを目的とする。加えて、電子回路基板への発光又は受光装置の組み付けが容易に行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の発光又は受光装置の製造方法は、請求項1に記載のように、透光基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子又は受光素子をリードフレームに実装した発光又は受光装置の製造方法であって、前記素子の透光基板をリードフレームの窓に重ね、この透光基板をリードフレームにダイボンディングする工程と、その上で素子の電極部を、前記ダイボンディング平面と高さをほぼ同じくするリードフレームの平面にワイヤボンディングする工程と、ワイヤボンディング工程後に前記リードフレームをＬ字形に折曲する工程と、折曲工程後に前記素子の周囲に樹脂をモールドする工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の発光又は受光装置の製造方法は、請求項２に記載のように、折曲工程後に、前記リードフレームの脚部を基板に固定する工程を備えることができる。
【０００８】
このように、リードフレームのダイボンディング平面とほぼ高さの等しい平面にワイヤボンディングを行うため、リードフレームを治具上に横たえたままダイボンディングとワイヤボンディングを行うことができ、作業が容易である。ボンディングヘッドは通常のものを使用でき、狭い場所で作業できるように小型のものをわざわざ製作する必要がない。またリードフレームの脚部となる部分に中空に突き出したような形のリードパッドを形設する必要がなく、リードフレームの成形コストが安い。ワイヤボンディングによりリードフレームが曲がることを気遣う必要もないので、リードフレームの材料として特に肉厚のものを使用する必要もなく、必要最小限の肉厚の材料で済ませることができ、成形が容易であるうえ、材料コストも節減できる。
【０００９】
また本発明では、直線状のリードフレームにワイヤボンディング後、このリードフレームがＬ字形に折曲することとした。このように、リードフレームの形状がボンディングしやすい直線状である間にボンディングを済ませ、その後リードフレームを所定の形状に曲げるものであるから、発光素子又は受光素子とリードフレームの脚部とのクリアランスを、ボンディングヘッドのサイズ及び動きとは無関係に設定することができ、素子とリードフレームとの組立体の体積、ひいては発光又は受光素子全体の体積をコンパクト化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明発光又は受光装置の第１の実施形態を図１から図３までの図に基づき説明する。
【００１１】
図２に窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子１の構造を示す。２は半導体形成のベースとなる透光基板で、材質はサファイヤである。透光基板２の上にはＧａＮバッファ層３、ｎ型ＧａＮ層４、ｎ型Ｇａ１−ｙＡｌｙＮ（０＜ｙ＜１）クラッド層５、ｎ型ＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０＜ｚ＜１）活性層６、Ｍｇドープｐ型Ｇａ１−ｘＡｌｘＮ（０＜ｘ＜０．５）クラッド層７、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層８がこの順で積層形成されている。Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層８には金電極９が形成され、ｎ型ＧａＮ層４にはアルミニウム電極１０が形成される。
【００１２】
発光素子１は次のようにして製造される。まず、サファイヤ製の透光基板２を反応管に入れ、クリーニングする。続いて反応管の温度を成長温度である５１０℃に上げ、キャリアガスである水素と、原料ガスであるアンモニア及びＴＭＧ（トリメチルガリウム）を反応管に導入し、透光基板２の上にＧａＮバッファ層３を約２００Å成長させる。ＧａＮバッファ層３形成後、ＴＭＧのみ供給を止め、温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃において原料ガスとしてＴＭＧとアンモニア、ドーパントガスとしてシランを用い、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ層を４μｍ成長させる。ｎ型ＧａＮ層を形成後、原料ガス及びドーパントガスの供給を止め、温度を８００℃にして、原料ガスとしてＴＭＧ及びＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニア、ドーパントガスとしてシランを用い、ｎ型クラッド層としてＳｉドープＧａ０．８５Ａｌ０．１４Ｎ層を０．１５μｍ成長させる。その後、ＴＭＡの供給を止め、ｐ型コンタクト層として、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層を０．４μｍ成長させる。
【００１３】
その後、透光基板２を反応管から取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中で７００℃２０分間のアニーリングを行い、ｐ型Ｇａ０．８５Ａｌ０．１４Ｎ層とｐ形ＧａＮコンタクト層８の低抵抗化を行う。このようにして得られたウェハーをエッチングして図２のようにｎ型ＧａＮ層４を露出させる。ｐ型ＧａＮ層４には金電極９、ｎ型ＧａＮ層４にはアルミニウム電極１０を形成する。その後５００℃で再度アニーリングを行い、金電極９とアルミニウム電極１０をそれぞれが形成された層となじませる。そして５００μｍ□のチップにカットし、発光素子１として完成させる。
【００１４】
図３は発光素子１をリードフレーム２０、２１に装着する状況を示す。リードフレーム２０、２１は銀メッキを施した厚さ約０．４ｍｍの鉄の薄板からなり、一方のリードフレーム２０には発光素子１を取り付ける箇所に約２００μｍ□の窓２２が形設されている。リードフレーム２０、２１は当初は図３に仮想線で示すように直線状である。この直線状のリードフレーム２０、２１を図示しない治具にセットし、発光素子１を図示しないボンディングヘッドでピックアップし、リードフレーム２０の側に発光素子１の透光基板２を、銀ペースト等の接着剤を用いてダイボンディングする。この時窓２２が透光基板２の中心に来るようにする。
【００１５】
ダイボンディング完了後、金電極９とリードフレーム２１を金線２３でワイヤボンディングし、またアルミニウム電極１０とリードフレーム２０を金線２４でワイヤボンディングする。リードフレーム２０におけるワイヤボンディング平面はダイボンディングを行った平面と同じであり、従ってダイボンディング平面と高さが同じである。またリードフレーム２１の側のワイヤボンディング平面も、ダイボンディング平面と高さが同じである。ワイヤボンディングについても、リードフレーム２０、２１が直線状のまま作業が進められるので、ボンディングヘッドの取り回しが楽である。
【００１６】
ワイヤボンディング完了後、それまで直線状だったリードフレーム２０、２１を直角に折り曲げ、Ｌ字形にする。その後、リードフレーム２０、２１を治具、あるいはプレス型から取り出し、今度は図示しない樹脂モールド型にセットし、合成樹脂によるモールドを行う。図１はその仕上がりの形を示すもので、発光素子１及びリードフレーム２０、２１を樹脂が取り巻き、光放出部がレンズ状になった樹脂モールド２５が形成されている。これにより、ランプ形の発光装置３０が完成した。
【００１７】
リードフレーム２０、２１間に所定の電圧を印加すると、発光素子１の内部で発光現象が生じ、その光は発光素子１の、図１において上向きになっている面と下向きになっている面から放出される。上向きになっている面、すなわち透光基板２を通じての発光効率は下向きになっている面の２〜３倍と高いのであるが、ここからの光はリードフレーム２０の窓２２と樹脂モールド２５のレンズ部分を通じて外部に放出される。
【００１８】
ボンディング工程を図４のようにすることも可能である。すなわちリードフレーム２１は初めからＬ字形に折曲したものを使用する。そしてリードフレーム２０（これは図３の工程例と同じく当初は直線状）との間隔を広めにとって治具にセットする。こうしておいてリードフレーム２０に発光素子１をダイボンディングする。リードフレーム２１の脚部が立ってはいるものの、発光素子１とは間隔が開いているので、ボンディングヘッドの取り回しは楽である。ダイボンディング完了後のワイヤボンディングについても、この広い間隔の存在により作業を容易に行うことができる。ワイヤボンディング完了後、リードフレーム２０をＬ字形に折り曲げる。そしてリードフレーム２１をリードフレーム２０に近づけ、リードフレーム２０、２１の間隔を所定値にして樹脂モールド型にセットし、樹脂モールドを行う。
【００１９】
図５に本発明の第２の実施形態を示す。なおこの実施形態を含むこれ以降の実施形態の説明において、第１の実施形態と共通する要素には前と同じ符号を付し、説明は略す。さて、図５に示された発光装置３１では、発光素子１とのワイヤボンディングまで済ませたリードフレーム２０、２１の脚部を合成樹脂製基板４０の穴に挿入した後、基板４０の裏面で脚部の端を折曲してリードフレーム２０、２１を基板４０に固定した。その後樹脂ポッティングを行い、樹脂モールド２５を形成したものである。
【００２０】
図６に本発明の第３の実施形態を示す。この図に示された発光装置３２は、合成樹脂製基板４０にリードフレーム２０、２１の脚部を挿入し、脚部の端を折曲して固定するまでは第２の実施形態と同じである。ただしこの実施形態では樹脂ポッティングにより樹脂モールドを形成する代わりに、透明樹脂製カバー４１をリードフレーム２０、２１に被せ、接着等の手段により透明樹脂製カバー４１を基板４０に固定するものとした。
【００２１】
図７に本発明の第４の実施形態を示す。この図に示された発光装置３３は、合成樹脂製基板４０にリードフレーム２０、２１の脚部を立て、その後樹脂ポッティングにより樹脂モールド２５を形成する点は第２の実施形態と同じである。ただしリードフレーム２０の窓２２を蛍光体プレート４２が覆っており、発光素子１から放出されて窓２２を抜ける光は蛍光体プレート４２の蛍光発光により異なるスペクトルの光に変換される。これにより、白色ランプの製造も可能になる。なお基板４０の表面には発光素子１の下面から出る光を上方に反射するための反射材４３が取り付けられている。
【００２２】
図８に本発明の第５の実施形態を示す。４４は表面に配線パターンを有する電子回路基板で、その一部に窓４５が設けられている。この窓４５のところに発光素子１の透光基板２をダイボンディングする。リードフレーム２０、２１は使用しない。そして、電子回路基板４４上の配線パターンと発光素子１の金電極９、アルミニウム電極１０とをワイヤボンディングする。電子回路基板４４の同一面にダイボンディングとワイヤボンディングを行うため、当然のことながら、ダイボンディング平面とワイヤボンディング平面の高さは同じということになる。これにより、発光素子１の発光制御回路まで一体化した発光装置３４が構成される。図中４６は配線パターン上に実装されたＩＣ・抵抗・コンデンサ等の電子部品である。なお、窓４５の箇所に樹脂ポッティングを施し、レンズを形成しても良い。
【００２３】
上記第１〜第５の実施形態において、発光機能を有する発光素子１を用いて発光装置３０、３１、３２、３３、３４を製造する例につき説明してきたが、同じ窒化ガリウム系化合物半導体でも受光素子として機能するものを用いれば、受光装置を製造することができる。これまで本発明による発光装置の作用効果として説明してきた点は、そのまま受光装置の作用効果でもある。
【００２４】
以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で更に種々の変更を加えて実施することができる。例えば、図３においてリードフレーム２１がリードフレーム２０と多少高さをくい違わせて治具上に置かれていたとしても本発明の趣旨を逸脱するものではない。リードフレーム２０にダイボンディング用のパッドが形設され、そのためリードフレーム２０においてダイボンディング平面とワイヤボンディング平面との間にレベル差が生じていたとしても同様である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏するものである。
【００２６】
発光素子又は受光素子の透光基板をリードフレームの透光部に重ね、素子の透光基板をリードフレームにダイボンディングし、その上で素子の電極部を、前記ダイボンディング平面と高さをほぼ同じくするリードフレームの平面にワイヤボンディングすることとしたものであり、リードフレームのダイボンディング平面とほぼ高さの等しい平面にワイヤボンディングを行うため、リードフレームを治具上に横たえたままダイボンディングとワイヤボンディングを行うことができ、作業が容易である。ボンディングヘッド等は通常のものを使用でき、狭い場所で作業できるように小型のものをわざわざ製作する必要がない。またリードフレームの脚部となる部分に中空に突き出したような形のリードパッドを形設する必要がなく、リードフレームの成形コストが安い。ワイヤボンディングによりリードフレームが曲がることを気遣う必要もないので、リードフレームの材料として特に肉厚のものを使用する必要もなく、必要最小限の肉厚の材料で済ませることができ、成形が容易であるうえ、材料コストも節減できる。
【００２７】
また、直線状のリードフレームにワイヤボンディング後、このリードフレームがＬ字形に折曲することとしたものであり、リードフレームの形状がボンディングしやすい直線状である間にボンディングを済ませ、その後リードフレームを所定の形状に曲げるので、発光素子又は受光素子とリードフレームの脚部とのクリアランスを、ボンディングヘッドのサイズ及び動きとは無関係に設定することができ、素子とリードフレームとの組立体の体積、ひいては発光又は受光装置全体の体積をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態を示す発光装置の断面図
【図２】  発光素子の側面図
【図３】  発光装置製造工程を示す説明図
【図４】  発光装置製造工程の他例を示す説明図
【図５】  本発明の第２の実施形態を示す発光装置の断面図
【図６】  本発明の第３の実施形態を示す発光装置の断面図
【図７】  本発明の第４の実施形態を示す発光装置の断面図
【図８】  本発明の第５の実施形態を示す発光装置の断面図
【符号の説明】
１    発光素子
２    透光基板
９    金電極
１０  アルミニウム電極
２０、２１  リードフレーム
２３、２４  金線
２５  樹脂モールド
３０、３、３２、３３、３４  発光装置
４０  基板
４１  透明樹脂製カバー
４２  蛍光体プレート
４３  反射材
４４  電子回路基板
４５  窓
【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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