JP2003046135A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線基板に対する穴開け加工を行うことな
く、半導体発光装置の薄型化を図る。 【解決手段】 保持基板３の厚みを、半導体発光素子１
を搭載したサブマウント素子２の厚みよりも厚くし、保
持基板３の裏面にサブマウント素子２の厚みと同等かそ
れよりも深い寸法のサブマウント素子収納用凹部３ｂを
形成し、このサブマウント素子収納用凹部３ｂにサブマ
ウント素子２を収納した状態でサブマウント素子２の２
つの電極２ａ、２ｂのそれぞれを保持基板３の配線３
ｃ，３ｄと接合固定した構造とした半導体発光装置。こ
れにより、配線基板５に対する穴開け加工を行うことな
く、半導体発光装置の薄型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ型
の半導体発光装置に係り、特にサブマウント素子と複合
素子化して機能の拡充を図るとともに薄型化も可能とし
た半導体発光装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ及びＩ
ｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体を利用した青色
発光の半導体発光素子は、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。このような絶縁性の基
板を用いるものでは、基板とは反対側の面にｐ側及びｎ
側の電極がそれぞれ形成される。そして、このことを利
用して、各電極をマイクロバンプを介してリードフレー
ムの搭載面に搭載して接合するフリップチップ型のもの
が既に知られている。このフリップチップ型とする場合
では、基板側を主光取出し面としたＬＥＤランプやチッ
プＬＥＤの発光装置が得られる。 【０００３】図２は従来の青色発光のチップＬＥＤの典
型的な例であって、同図の（ａ）は縦断面図、同図の
（ｂ）は平面図である。 【０００４】図２において、配線基板５１に設けた配線
パターン５１ａ，５１ｂに導通させてフリップチップ型
の発光素子５２が搭載され、この発光素子５２を含んで
エポキシ樹脂５３によって封止されている。 【０００５】発光素子５２は、サファイア等の絶縁性の
基板５２ａの上にｐ型及びｎ型の半導体薄膜層を積層
し、ｐ型層及びｎ型層のそれぞれの表面にｐ側電極５２
ｂ及びｎ側電極５２ｃをそれぞれ形成したものである。
そして、配線パターン５１ａ，５１ｂに導通させるた
め、ｐ側及びｎ側の電極５２ｂ，５２ｃにはそれぞれマ
イクロバンプ５２ｄ，５２ｅを形成し、発光素子５２に
加圧と超音波振動を与えることによってマイクロバンプ
５２ｄ，５２ｅをそれぞれ配線パターン５１ａ，５１ｂ
に接合するアセンブリが行われる。 【０００６】このようなチップＬＥＤでは、ｐ型層とｎ
型層との間のｐｎ接合域が活性層となり、図２の透明の
サファイアの基板５２ａの上端面を主光取出し面とした
発光が得られる。なお、活性層からの光は下側及び側方
にも抜ける成分も含まれるが、下側に向かう光に限って
は、例えば配線パターン５１ａ，５１ｂの金属光沢を利
用して一部を反射させることで、主光取出し面側に回収
される。 【０００７】一方、サファイア等の絶縁性の基板の上に
化合物半導体層を積層したものでは、素子材料の例えば
誘電率εなどの物理定数や素子構造に起因して、静電気
に対して非常に弱いことが従来から知られている。例え
ば、ＬＥＤランプと静電気がチャージされたコンデンサ
とを対向させて両者間に放電を生じさせたとき、順方向
でおよそ１００Ｖの静電気で、逆方向ではおよそ３０Ｖ
の静電気で破壊されてしまう。 【０００８】これに対し、静電気等の過電流による発光
素子の破壊を防止するためには、Ｓｉダイオードを利用
した静電気保護素子を備えることが有効である。この静
電気保護素子は、本願出願人が先に提案して特願平９−
１８７８２号として既に出願した明細書及び図面に記載
のものが適用できる。これは、ｎ型のシリコン基板を基
材としたＳｉダイオードを発光素子と逆極性の関係にな
るように導通をとりながら接続した構成としたものであ
る。 【０００９】ところが、静電気保護用のＳｉダイオード
に発光素子５２を搭載して複合素子化すると、これらの
Ｓｉダイオードと発光素子５２の積層方向の嵩が大きく
なる。そして、一般にＳｉダイオードのほうが発光素子
５２よりも大きく形成される傾向があるので、少なくと
も図２の（ａ）の発光素子５２の２倍以上の高さまで増
えてしまう。 【００１０】このようにＳｉダイオードを複合化して静
電気保護機能を付加しようとした場合、配線基板５１の
表面からの高さ寸法が大きくなってしまうので、封止用
のエポキシ樹脂５３を含めた全体が大型化する。そし
て、半導体発光装置の分野では、装置の小型化が最大の
課題であることから、Ｓｉダイオードを付帯することは
発光装置の設計に大きな影響を及ぼすことになる。 【００１１】また、ＬＥＤランプの場合では、発光素子
５２を搭載するリードフレームの搭載面はすり鉢状とし
たものが従来から多用されている。このようなリードフ
レームであれば、搭載面の底面及び内周面を金属メッキ
等によって光反射率が高いものとしておけば、発光素子
５２の活性層から下側及び側方に抜ける光を効率よく光
取出し面側に回収することができる。 【００１２】ところが、チップＬＥＤの場合では、発光
素子５２が平板状の配線基板５１の上面に搭載されるの
で、先に述べたように配線パターン５１ａ，５１ｂの金
属面からの光の反射があるものの、量的には極めて僅か
である。したがって、光の取出し効率が十分でなくな
り、発光輝度にも影響を及ぼす。 【００１３】また、チップＬＥＤをパネルディスプレイ
等の配線基板に実装する場合でも、サブマウント素子と
複合素子化したものでは、厚さが大きくなることから、
小型化への障害の一つとなる。 【００１４】このように従来のチップＬＥＤでは、静電
気保護等の機能付加のためにＳｉダイオードと複合素子
化しようとしても、発光装置の嵩が厚くなってしまい、
装置の小型化に対応できない。また、発光素子の主光取
出し面以外から漏れる光が無駄になり、輝度の向上も十
分に図られていない。 【００１５】このような従来の問題を解決するために、
本願出願人は先に、特開２０００−１２９１０号公報に
おいて、図３（（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図）に示
すような半導体発光素子を開示した。これは、金属配線
４１ｂ，４１ｃを表面に設けた保持基板４１にスルーホ
ール４１ａを開け、静電気保護用のツェナーダイオード
４２に導通搭載した発光素子４３をスルーホール４１ａ
の中に差し込むアセンブリとしたものである。 【００１６】図４は配線基板に図３の半導体発光装置を
組み込んだ表示装置構造の要部の縦断面図である。配線
基板４６はその上面に配線パターン４６ａ，４６ｂを設
けるとともに、発光素子を搭載する部分にはツェナーダ
イオード４２を落とし込める程度の内径のボア４６ｃが
開けられている。そして、発光装置はそのツェナーダイ
オード４２をボア４６ｃと調心させて配置され、金属配
線４１ｂ，４１ｃのそれぞれを配線パターン４６ａ，４
６ｂに導通させる半田４７ａ，４７ｂを利用して配線基
板４６に導通固定される。サブマウント素子として付帯
しているツェナーダイオード４２は、配線基板４６のボ
ア４６ｃ内に落とし込まれるアセンブリなので、配線基
板４６の表面からの発光素子４３の突き出し長さＴは保
持基板４１の厚さにほぼ等しい。したがって、ツェナー
ダイオード４２と発光素子４３とを積層した複合素子化
していても、ツェナーダイオードの厚さ方向の嵩をボア
４６ｃ内に収めて配線基板４６側で吸収することがで
き、配線基板４６を含む表示用のパネルディスプレイの
薄型化が可能となる。 【００１７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示した先の出願の半導体発光装置においては、図４に示
すように、配線基板４６にボア４６ｃを開けてその部分
に半導体発光装置のサブマウント素子であるツェナーダ
イオード４２の突出部分を納めるようにして配線基板４
６に実装していたので、ツェナーダイオード４２及び発
光素子４３の両方の厚さ方向の嵩を保持基板４１及び配
線基板４６内で吸収して全体のコンパクト化を図ること
は実現できるものの、配線基板４６に対する穴開け加工
の手間を要するという問題があった。 【００１８】本発明は、配線基板に対する穴開け加工を
行うことなく、半導体発光装置の薄型化を図ることを目
的とする。 【００１９】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
においては、保持基板の厚みをサブマウント素子の厚み
よりも厚くし、保持基板の裏面にサブマウント素子の厚
みと同等かそれよりも深い寸法のサブマウント素子収納
用凹部を形成し、このサブマウント素子収納用凹部にサ
ブマウント素子を収納した状態でサブマウント素子の２
つの電極のそれぞれを保持基板の配線と接合固定した構
造としたものである。 【００２０】この発明によれば、配線基板に対する穴開
け加工を行うことなく、半導体発光装置の薄型化を図る
ことができる。 【００２１】 【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、透明基板の上に半導体薄膜層を積層するとともにこ
の積層膜の表面側にｐ側及びｎ側の電極をそれぞれ形成
した半導体発光素子と、２つの電極を持ちこれらのそれ
ぞれを前記ｐ側及びｎ側の電極に導通させて前記半導体
発光素子を接合するサブマウント素子と、前記２つの電
極にそれぞれ導通させる配線を備えた保持基板とを備
え、前記保持基板は、前記半導体発光素子をその主光取
出し面が発光方向を向く姿勢として差し込み可能なスル
ーホールを備え、前記半導体発光素子を前記スルーホー
ルの中に位置させるとともに前記サブマウント素子を前
記保持基板の裏面側に対峙させて配置し、前記サブマウ
ント素子の２つの電極のそれぞれを前記保持基板の配線
と導通させてこの保持基板に接合固定した半導体発光装
置において、前記保持基板の厚みを前記サブマウント素
子の厚みよりも厚くし、前記保持基板の裏面にサブマウ
ント素子の厚みと同等かそれよりも深い寸法のサブマウ
ント素子収納用凹部を形成し、このサブマウント素子収
納用凹部に前記サブマウント素子を収納した状態で前記
サブマウント素子の２つの電極のそれぞれを前記保持基
板の配線と接合固定したものであり、サブマウント素子
の厚みが保持基板のサブマウント素子収納用凹部内に収
まり、保持基板の底部からサブマウント素子が突出しな
いので、配線基板に実装するときに配線基板にボアを開
けることなく半導体発光装置を接合固定することができ
る。 【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図１
を用いて説明する。 【００２３】図１は本発明の実施形態を示し、同図
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１におい
て、１はＬＥＤなどの半導体発光素子であり、従来と同
様に、透明基板の上に半導体薄膜層を積層するとともに
この積層膜の表面側にｐ側及びｎ側の電極（いずれも図
示せず）をそれぞれ形成した構成である。２はサブマウ
ント素子としてのツェナーダイオードであり、半導体発
光素子１のｐ側及びｎ側の電極に導通する２つの電極２
ａ及び２ｂを持っている。３は保持基板であり、表面側
にスルーホール３ａが、裏面側に凹部３ｂがそれぞれ形
成されている。この保持基板３には、ツェナーダイオー
ド２の電極２ａ及び２ｂと導通する金属層３ｃ及び３ｄ
がエッチングなどにより形成されており、一方の金属層
３ｃはスルーホール３ａの周面を覆って反射鏡として機
能するようになっている。ツェナーダイオード２は保持
基板３の凹部３ｂに、半導体発光素子１がスルーホール
３ａ内に入り込む状態に配置され、ツェナーダイオード
２側の電極２ａ及び２ｂと保持基板３側の金属層３ｃ及
び３ｄとは、それぞれマイクロバンプ４ａ及び４ｂによ
って電気的に接合されている。 【００２４】ここで、保持基板３の厚みＨはサブマウン
ト素子であるツェナーダイオード２の厚みよりも厚く形
成されており、凹部３ｂの深さはツェナーダイオード２
の厚みよりも若干深く形成されていて、組み立て後にツ
ェナーダイオード２の底面が、保持基板３の底面から突
出しないようにしている。なお、この凹部３ｂの深さ
は、組立後にツェナーダイオード２の底面が保持基板３
の底面から突出しなければよく、ツェナーダイオード２
と同等でもよい。 【００２５】図１（ｂ）は配線基板５に実装したときの
断面図を示している。半導体発光素子１に対するドライ
ブ信号は、配線基板５に形成された配線パターンと保持
基板３の金属層３ｃ，３ｄとを半田等で接合することに
よりマイクロバンプ４ａ，４ｂを介して伝達される。 【００２６】この分野における配線基板に実装される電
気部品の規格は、平面寸法で、例えば長さＬが１．６ｍ
ｍ、幅Ｗが０．８ｍｍとなっており、配線基板からの高
さも低く押さえることが望ましいが、この実施形態の半
導体発光装置においては、長さＬ、幅Ｗとも、規格内に
納めることができ、高さも、配線基板５に穴を開けるこ
となく、０．５ｍｍに納めることができた。 【００２７】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、保持基板
の厚みをサブマウント素子の厚みよりも厚くし、保持基
板の裏面にサブマウント素子の厚みと同等かそれよりも
深い寸法のサブマウント素子収納用凹部を形成し、この
サブマウント素子収納用凹部にサブマウント素子を収納
した状態でサブマウント素子の２つの電極のそれぞれを
保持基板の配線と接合固定した構造としたので、配線基
板に対する穴開け加工を行うことなく、半導体発光装置
の薄型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態を示すもので、 （ａ）は平面図 （ｂ）は断面図 【図２】従来の青色発光のチップＬＥＤの典型的な例で
あって、 （ａ）は縦断面図 （ｂ）は平面図 【図３】先行技術に係る半導体発光素子の構造を示すも
ので、 （ａ）は平面図 （ｂ）は断面図 【図４】配線基板に図３の半導体発光装置を組み込んだ
表示装置構造の要部の縦断面図 【符号の説明】 １ 半導体発光素子 ２ ツェナーダイオード（サブマウント素子） ２ａ，２ｂ 電極 ３ 保持基板 ３ａ スルーホール ３ｂ 凹部 ３ｃ，３ｄ 金属層 ４ａ，４ｂ マイクロバンプ ５ 配線基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米倉 勇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA47 CA40 CB33 DA01 DA35 DA44

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 透明基板の上に半導体薄膜層を積層する
   とともにこの積層膜の表面側にｐ側及びｎ側の電極をそ
   れぞれ形成した半導体発光素子と、２つの電極を持ちこ
   れらのそれぞれを前記ｐ側及びｎ側の電極に導通させて
   前記半導体発光素子を接合するサブマウント素子と、前
   記２つの電極にそれぞれ導通させる配線を備えた保持基
   板とを備え、前記保持基板は、前記半導体発光素子をそ
   の主光取出し面が発光方向を向く姿勢として差し込み可
   能なスルーホールを備え、前記半導体発光素子を前記ス
   ルーホールの中に位置させるとともに前記サブマウント
   素子を前記保持基板の裏面側に対峙させて配置し、前記
   サブマウント素子の２つの電極のそれぞれを前記保持基
   板の配線と導通させてこの保持基板に接合固定した半導
   体発光装置において、 前記保持基板の厚みを前記サブマウント素子の厚みより
   も厚くし、前記保持基板の裏面にサブマウント素子の厚
   みと同等かそれよりも深い寸法のサブマウント素子収納
   用凹部を形成し、このサブマウント素子収納用凹部に前
   記サブマウント素子を収納した状態で前記サブマウント
   素子の２つの電極のそれぞれを前記保持基板の配線と接
   合固定した構造を特徴とする半導体発光装置。